列車重量算出システム
【課題】特殊な専用装置を用いることなく容易に導入でき、運用コスト・投資コストが低く、精度の高い乗車率の測定に用いることができる列車重量算出システムを提供する。
【解決手段】列車が走行する線路上の複数地点毎に、キロ程と、その緯度及び経度とがそれぞれ設定された線路データ２１と、走行抵抗係数、勾配量、曲線半径、加速力がそれぞれ設定された運転計算データ２２とを有し、ＧＰＳにより測位された列車の走行地点の緯度及び経度を測位情報取得部２５によりそれらの測位時刻と共に順次取得し、これら測位情報と前記線路データ２１とから、線路キロ程変換部２６により各測位時刻におけるキロ程を求め、列車の走行中における複数のキロ程と、これらキロ程に対応する測位時刻とから速度加速度算出部２７により列車の速度及び加速度を求め、列車重量測定部２８により列車の加速運転時又は減速運転時に、速度加速度算出部２７で求められた値と、走行地点に対応する運転計算データ２２とを用い、列車重量を算出する。
【解決手段】列車が走行する線路上の複数地点毎に、キロ程と、その緯度及び経度とがそれぞれ設定された線路データ２１と、走行抵抗係数、勾配量、曲線半径、加速力がそれぞれ設定された運転計算データ２２とを有し、ＧＰＳにより測位された列車の走行地点の緯度及び経度を測位情報取得部２５によりそれらの測位時刻と共に順次取得し、これら測位情報と前記線路データ２１とから、線路キロ程変換部２６により各測位時刻におけるキロ程を求め、列車の走行中における複数のキロ程と、これらキロ程に対応する測位時刻とから速度加速度算出部２７により列車の速度及び加速度を求め、列車重量測定部２８により列車の加速運転時又は減速運転時に、速度加速度算出部２７で求められた値と、走行地点に対応する運転計算データ２２とを用い、列車重量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、乗車率や乗車人数の算出に用いられる列車重量の算出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道において乗車率や乗車人数を求めることは、需要想定や混雑度の案内のための情報として重要である。乗車率を求めるため使用している公知技術には「画像センサーによる判定装置」（特許文献１参照）、「車両重量測定装置」（特許文献２参照）「自動改札機」（特許文献３参照）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９３２３８号公報
【特許文献２】特開平２−１３３２７８号公報
【特許文献３】特許第３１８７１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、画像センサー及び車両重量測定装置では専用装置を導入する必要があり、安易に導入できない問題がある。自動改札機は専用装置ではないため導入はしやすいが、入場と退場の時刻のみから判断するため正確な乗車ルート・乗車時刻がわからないことが問題である。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、特殊な専用装置を用いることなく容易に導入でき、運用コスト・投資コストが低く、精度の高い乗車率の測定に用いることができる列車重量算出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】
【０００６】
本発明の実施の形態による列車重量算出システムは、列車が走行する線路上の複数地点毎に、予め設定された基準点からの線路に沿った距離であるキロ程と、その緯度及び経度とがそれぞれ設定された線路データと、予め前記線路上におけるトンネル内／外に応じて求められた走行抵抗係数、勾配量、曲線半径、予め求められた加速力がそれぞれ設定された運転計算データと、ＧＰＳにより測位された前記列車の走行地点の緯度及び経度をそれらの測位時刻と共に順次取得する測位情報取得部と、これら測位情報と前記線路データとから、前記列車の各測位時刻における前記線路上におけるキロ程を求める線路キロ程変換部と、この線路キロ程変換部により求められた前記列車の走行中における複数のキロ程と、これらキロ程に対応する測位時刻とから各測位時刻における前記列車の速度及び加速度を求める速度加速度算出部と、前記列車の加速運転時又は減速運転時に、前記速度加速度算出部で求められた値と、前記列車の走行地点に対応する前記運転計算データとを用い、所定の演算式により前記列車重量を算出する列車重量測定部とを備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る列車重量測定システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態の処理内容を示す流れ図である。
【図３】本発明の一実施の形態における線路上のキロ程を説明する図である。
【図４】本発明の一実施の形態における線路キロ程変換処理を説明する図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【０００９】
図１はこの実施の形態による列車重量算出システムの概略構成を示しており、重量算出対象の列車に搭載される車載装置４として、ＧＰＳ受信装置１、計算装置２、データ記憶装置３を設けている。すなわち、車載装置４内に格納されたＧＰＳ受信装置１により受信した列車の車両位置である現在地緯度及び経度と、データ記憶装置３に格納している線路データ・運転計算データとを使用して、計算装置２により列車重量を算出し、さらに車体重量データ・１人当り重量データを使用して、乗車率と乗車人数を算出する。
【００１０】
具体的なシステム構成を図２のフロー図により説明する。
【００１１】
この列車重量算出システムは、図１で示したデータ記憶装置３に格納されている線路データ２１、運転計算データ２２、車体重量データ２３及び乗客1人当たりの重量データ２４を有する。また、ＧＰＳ受信装置１の測位情報取得部２５、さらに、計算装置２として、線路キロ程変換部２６、速度加速度算出部２７、列車重量測定部２８、及び乗車状況測定部２９を設けている。
【００１２】
線路データ２１とは、列車が走行する線路上の複数地点毎に、予め設定された基準点からの線路に沿った距離であるキロ程と、その緯度及び経度とをそれぞれ設定したデータである。すなわち、図３で示すように、線路３０上を数ｍ単位程度（直線部分は１００ｍ、曲線部分は１０ｍなど）でプロットした各地点（図３では地点１から地点５）の緯度及び経度とキロ程を表１のようにマッチングしたデータである。
【表１】
【００１３】
運転計算データ２２は、詳細は後述するが、線路３０上におけるキロ程毎のトンネルの内／外での走行抵抗係数、キロ程毎の勾配量及び曲線半径、及び予め求められた加速力である。
【００１４】
測位情報取得部２５は、ＧＰＳにより測位された列車の走行地点の緯度及び経度をそれらの測位時刻と共に順次取得する。すなわち、測位情報取得部２５は、数秒周期でＧＰＳアンテナより列車の走行地点の緯度及び経度情報を取得し、この緯度及び経度情報と取得時刻（測位時刻でもある）をリスト化してＧＰＳ測位データ３１として保持する。なお、ＧＰＳアンテナは列車編成の先頭車両の運転台部分に設置する。このようにして取得したＧＰＳ測位データ３１のデータ例を表２に示す。
【表２】
【００１５】
線路キロ程変換部３６は、これら測位データ３１と線路データ２１とから、列車の各測位時刻における線路上のキロ程を求める。すなわち、ＧＰＳ測位データ３１は、測定誤差を含んでいるため、側位データ３１の緯度及び経度は必ずしも線路上の位置とはならない。このため、線路キロ程変換部３６では、この測位データ３１を、線路データ２１を使用して後述する算出方法により線路上の緯度及び経度に補正し、この線路上の緯度及び経度の地点のキロ程に変換する。つまり、ＧＰＳ測位データ３１と線路データ２１とから、線路キロ程データ３２を作成して保持する。この線路キロ程データ３２の算出方法は以下のとおりである。
【００１６】
図４で示すように、ＧＰＳ測位データが中間に位置する２地点（Ａ，Ｂ）の緯度及び経度を線路データ２１から求める。ＧＰＳ測位位置である地点ＧからＡ地点−Ｂ地点間の線への垂直線の交点をＸ地点（ＧＰＳ測位補正キロ程）とする。この場合の、Ｘ地点からＡ点までの距離（距離DAX）は三平方の定理を用いて以下の式により計算できる。
【００１７】
距離DAB＝キロ程KB−キロ程KA
ＧＰＳ測位補正キロ程Kx＝キロ程KA＋（（距離DAG）2−（距離DBG）2＋
（距離DAB）2）／２×（距離DAB）
このようにして求めた線路キロ程データ３２のデータ例を表３に示す。
【表３】
【００１８】
速度加速度算出部２７は、列車の走行中における複数のキロ程データと、これらキロ程データに対応する測位時刻とから各測位時刻における列車の速度及び加速度を求める。すなわち、速度加速度算出部２７は、線路キロ程データ３２を基に、連続した３地点（Ａ，Ｂ，Ｃ）のＧＰＳ測位補正キロ程を使用して、平均速度と平均加速度を以下の式により求め、速度/加速度データ３４として保持する。
【００１９】
平均速度VAB Km/h＝（キロ程B−キロ程A）Km／（受信時刻B−受信時刻A）s×3600
平均速度VBC Km/h＝（キロ程C−キロ程B）Km／（受信時刻C−受信時刻B）s×3600
平均速度VAC Km/h＝（キロ程C−キロ程A）Km／（受信時刻C−受信時刻A）s×3600
平均加速度AAC Km/h/s＝（平均速度AB＋平均速度BC）／2
このようにして求めた速度/加速度データの例を表４に示す。
【表４】
【００２０】
列車重量測定部２８は、列車の加速運転時又は減速運転時に、速度加速度算出部２７で求められた値と、列車の走行地点に対応する運転計算データ２２とを用い、所定の演算式により列車重量を算出して列車重量データ３４として保持する。すなわち、列車重量測定部２８は、例えば、列車編成が１０km/h以上の速度で加速運転を行っている場合、走行抵抗（Rr(kg/t)）、曲線抵抗（Rc(kg/t)）、勾配抵抗（Rg(kg/t)）を含めた加速度は以下の計算式により求められる。
【００２１】
走行抵抗Rr（kg/t）＝a＋bv＋cv2/W
勾配抵抗Rg（kg/t）＝Ｗ×g
曲線抵抗Rc（kg/t）＝9.81×800／r
全走行抵抗加速度（km/h/s）＝（Rr＋Rg＋Rc）／（1000×Ｗ／3.6）
引張力による加速度（km/h/s）＝加速力／（1000×Ｗ×（1.00＋γ）／3.6）
加速度（km/h/s）＝引張力による加速度−全走行抵抗加速度
ａ，ｂ，ｃ：走行抵抗係数（明かり（トンネル外）、トンネル断面で異なる）
ｇ： 勾配量（‰）（運転計算データ２２に保持）
ｒ：曲線半径（m）（運転計算データ２２に保持）
ｖ： 速度（Km/h）
Ｗ：列車重量（ton）
加速力：運転計算データ２２に保持した速度別の引張力（Kg/t）
従って、以下の２次方程式より列車重量Ｗを求めることができる。
【００２２】
Ｗ2（加速度＋3.6g/1000）+ Ｗ(3.6(7848+ar+brv)/1000−3.6*加速力/1000(1+γ))
− cv2 =0
上記計算式に対して、加速度及び速度として、速度加速度算出部２７で求めた速度/加速度データ３３を使用し、また、勾配量・曲線半径・走行抵抗計数等を運転計算データ２２から取得することで、列車重量を求めることができる。すなわち、列車重量測定部２８は、列車の前記走行地点における走行抵抗係数ａ，ｂ，ｃと列車速度ｖと列車重量Ｗとから走行抵抗Rrを求める演算式、前記線路の勾配量ｇと列車重量Ｗとから勾配抵抗Rgを求める演算式、前記線路の曲線半径ｒから曲線抵抗Rcを求める演算式、これら各抵抗Rr，Rg，Rcと列車重量Ｗから全抵抗加速度を求める演算式、加速力と列車重量Ｗから引張力による加速度を求める演算式、この引張力による加速度と全抵抗加速度とから列車の加速度を求める演算式が設定され、これらの演算式に基づく２次方程式により列車重量Ｗを算出する。
【００２３】
上述した列車重量測定部２８で用いる各係数などは、前述のように運転計算データ２２としてデータ記憶装置３に格納されている。
【００２４】
例えば、走行抵抗係数ａ，ｂ，ｃの定義例を表５に示す。この値は各車両を試験走行した実績値により設定する。
【表５】
【００２５】
なお、上記表５において、「明かり」とはトンネル外を表す。
【００２６】
また、運転計算データ２２である勾配量、曲線半径は線路形状により定まっており、キロ程別に定義される。勾配量のデータ例を表６に、曲線半径のデータ例を表７に示す。
【表６】
【表７】
【００２７】
上述した列車重量測定部２８により、測位時刻毎に求めた列車重量データ３４の例を表８に示す。この列車重量データ３４を正規分布化して平均値を列車重量とする。
【表８】
【００２８】
乗車状況測定部２９は、列車重量測定部２８によって求められた列車重量と、予め設定された車体重量データ２３及び乗客1人当たりの重量データ２４とから、列車の乗車人数又は乗車率のいずれか又は双方を求める。すなわち、各駅間の乗車人数は一定であるため、キロ程を駅間に分割し、各駅間内の列車重量の平均値から車体重量を減算し、１人当り重量で除算することで乗車人数を算出する。また列車重量から車体重量を減算し、定員数×１人当り重量で除算することで乗車率を算出する。
【００２９】
上記構成において、列車が駅から出発して加速状態にあるとき、図２で示したように、ＧＰＳ測位情報取得部２５により、ＧＰＳアンテナから緯度及び経度情報を取得し、ＧＰＳ測位データ３１として保持する。ＧＰＳ測位データ３１は線路キロ程変換部２６により線路データ２１とマッチングし、線路キロ程データ３２に変換される。線路キロ程データ３２より測位点の速度及び加速度を速度加速度算出部２７により算出し、速度/加速度データ３３として保持する。列車重量測定部２８は速度加速度算出部２７により求めた速度/加速度データ３３と運転計算データ２２により前述した演算式により列車重量Ｗを求め、列車重量データ３４として保持する。求めた列車重量Ｗは乗車人数乗車率測定部２９により車体重量・１人当たり重量を考慮して乗車人数３５、乗車率３６を算出する。
【００３０】
このように、列車編成に搭載したＧＰＳ装置により任意時間周期にて緯度及び経度を測定し、この地点情報から線路上のキロ程を求め、測位地点のキロ程と測位時刻から列車の速度と加速度を求める。求めた速度及び加速度より列車重量を運転理論より求め、車体重量を減算した重量と１人当たり重量と列車編成定員より乗車人数及び乗車率を算出する。本実施の形態では、汎用技術であるＧＰＳ装置を使用することにより、専用装置を使用しない確実な乗車人数及び乗車率の測定を達成することができる。
【００３１】
なお、列車重量測定部２８において、より正確な値のみを使用するためには、勾配や曲線のない平坦な直線走行部分で測定されたキロ程データのみ使用するとよい。勾配・曲線がない場合、抵抗値は走行抵抗のみとなるため、より正確な数値が算出できる。勾配・曲線のない線形は測定キロ程から測定キロ程＋列車長間で判定する。
【００３２】
上記説明では、加速運転時の列車重量を算出しているが、減速運転時（ブレーキ・惰行）においても同様に列車重量を算出することができる。ブレーキ運転の場合は、列車重量測定部２８における計算式において、加速力を0とし、全走行抵抗加速度にブレーキ減速度を加えることで計算できる。ブレーキ減速度は運転計算データ２２に含まれる値（3.0km/h/sなど）である。また、惰行運転の場合は、上述の計算式において、加速力を0とすることで計算できる。
【００３３】
なお、ＧＰＳの位置情報では、減速運転を表すブレーキ操作及び惰行操作を行ったことは直接的にはわからないため、キロ程データとしてブレーキ操作区間、惰行運転区間を設定したり、列車運転士の操作機器からブレーキ操作信号及び惰行運転信号を入力するようにして減速運転中であることを判別してもよい。また、計算した値が編成重量より少ないもしくは500％以上の乗車率とならない操作を有効な値として選択するようにしてもよい。
【００３４】
この実施の形態では、ＧＰＳを導入することで、乗車人数を算出することができ、これを需要予測及び旅客案内に使用することができる。また、ＧＰＳを導入するため、列車位置の把握や実績走行の特定が行える。さらに、乗車率の算出により混雑度を乗換案内等のサービスに使用できる。
【００３５】
上記実施の形態では、図１で示したように、ＧＰＳ受信装置１、計算装置２、データ記憶装置３を車載装置４として列車上に構成したが、図５で示すように、これらＧＰＳ受信装置１、計算装置２、データ記憶装置３を列車側の車載装置１３とサーバ１６とに分散設置し、この環を無線通信装置５によりインターネット回線で接続するように構成してもよい。すなわち、列車側の車載装置１３に、ＧＰＳ受信装置１の図２で示した測位情報取得部２５、及びこの測位情報取得部２５で取得された列車の走行地点の緯度及び経度をそれらの測位時刻を列車外のサーバ１６に送信する無線通信装置５を設ける。サーバ１６は、図２で示した線路データ２１、及び運転計算データ２２をそれぞれ記憶しているデータ記憶装置３と、線路キロ程変換部２６、速度加速度算出部２７、列車重量測定部２８、及び乗車状況測定部２９を備えた計算装置２とを設けた構成とする。
【００３６】
上記構成の場合は、車載装置１３内に格納されたＧＰＳ受信装置１により受信した列車の現在地の緯度及び経度を、無線通信装置５にてサーバ６に送信する。サーバ６では計算装置５において、受信したデータとデータ記憶装置４に格納している線路データ２１及び運転計算データ２２を用いて列車重量を算出し、さらに車体重量データ２３、１人当り重量データ２４を使用して、乗車人数３５と乗車率３６を算出する。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・ＧＰＳ受信装置
２・・・計算装置
３・・・データ記憶装置
２１・・・線路データ
２２・・・運転計算データ
２３・・・車体重量データ
２４・・・１人当たり重量データ
２５・・・測位情報取得部
２６・・・線路キロ程変換部
２７・・・速度加速度算出部
２８・・・列車重量測定部
２９・・・乗車状況測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、乗車率や乗車人数の算出に用いられる列車重量の算出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道において乗車率や乗車人数を求めることは、需要想定や混雑度の案内のための情報として重要である。乗車率を求めるため使用している公知技術には「画像センサーによる判定装置」（特許文献１参照）、「車両重量測定装置」（特許文献２参照）「自動改札機」（特許文献３参照）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９３２３８号公報
【特許文献２】特開平２−１３３２７８号公報
【特許文献３】特許第３１８７１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、画像センサー及び車両重量測定装置では専用装置を導入する必要があり、安易に導入できない問題がある。自動改札機は専用装置ではないため導入はしやすいが、入場と退場の時刻のみから判断するため正確な乗車ルート・乗車時刻がわからないことが問題である。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、特殊な専用装置を用いることなく容易に導入でき、運用コスト・投資コストが低く、精度の高い乗車率の測定に用いることができる列車重量算出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】
【０００６】
本発明の実施の形態による列車重量算出システムは、列車が走行する線路上の複数地点毎に、予め設定された基準点からの線路に沿った距離であるキロ程と、その緯度及び経度とがそれぞれ設定された線路データと、予め前記線路上におけるトンネル内／外に応じて求められた走行抵抗係数、勾配量、曲線半径、予め求められた加速力がそれぞれ設定された運転計算データと、ＧＰＳにより測位された前記列車の走行地点の緯度及び経度をそれらの測位時刻と共に順次取得する測位情報取得部と、これら測位情報と前記線路データとから、前記列車の各測位時刻における前記線路上におけるキロ程を求める線路キロ程変換部と、この線路キロ程変換部により求められた前記列車の走行中における複数のキロ程と、これらキロ程に対応する測位時刻とから各測位時刻における前記列車の速度及び加速度を求める速度加速度算出部と、前記列車の加速運転時又は減速運転時に、前記速度加速度算出部で求められた値と、前記列車の走行地点に対応する前記運転計算データとを用い、所定の演算式により前記列車重量を算出する列車重量測定部とを備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る列車重量測定システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態の処理内容を示す流れ図である。
【図３】本発明の一実施の形態における線路上のキロ程を説明する図である。
【図４】本発明の一実施の形態における線路キロ程変換処理を説明する図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【０００９】
図１はこの実施の形態による列車重量算出システムの概略構成を示しており、重量算出対象の列車に搭載される車載装置４として、ＧＰＳ受信装置１、計算装置２、データ記憶装置３を設けている。すなわち、車載装置４内に格納されたＧＰＳ受信装置１により受信した列車の車両位置である現在地緯度及び経度と、データ記憶装置３に格納している線路データ・運転計算データとを使用して、計算装置２により列車重量を算出し、さらに車体重量データ・１人当り重量データを使用して、乗車率と乗車人数を算出する。
【００１０】
具体的なシステム構成を図２のフロー図により説明する。
【００１１】
この列車重量算出システムは、図１で示したデータ記憶装置３に格納されている線路データ２１、運転計算データ２２、車体重量データ２３及び乗客1人当たりの重量データ２４を有する。また、ＧＰＳ受信装置１の測位情報取得部２５、さらに、計算装置２として、線路キロ程変換部２６、速度加速度算出部２７、列車重量測定部２８、及び乗車状況測定部２９を設けている。
【００１２】
線路データ２１とは、列車が走行する線路上の複数地点毎に、予め設定された基準点からの線路に沿った距離であるキロ程と、その緯度及び経度とをそれぞれ設定したデータである。すなわち、図３で示すように、線路３０上を数ｍ単位程度（直線部分は１００ｍ、曲線部分は１０ｍなど）でプロットした各地点（図３では地点１から地点５）の緯度及び経度とキロ程を表１のようにマッチングしたデータである。
【表１】
【００１３】
運転計算データ２２は、詳細は後述するが、線路３０上におけるキロ程毎のトンネルの内／外での走行抵抗係数、キロ程毎の勾配量及び曲線半径、及び予め求められた加速力である。
【００１４】
測位情報取得部２５は、ＧＰＳにより測位された列車の走行地点の緯度及び経度をそれらの測位時刻と共に順次取得する。すなわち、測位情報取得部２５は、数秒周期でＧＰＳアンテナより列車の走行地点の緯度及び経度情報を取得し、この緯度及び経度情報と取得時刻（測位時刻でもある）をリスト化してＧＰＳ測位データ３１として保持する。なお、ＧＰＳアンテナは列車編成の先頭車両の運転台部分に設置する。このようにして取得したＧＰＳ測位データ３１のデータ例を表２に示す。
【表２】
【００１５】
線路キロ程変換部３６は、これら測位データ３１と線路データ２１とから、列車の各測位時刻における線路上のキロ程を求める。すなわち、ＧＰＳ測位データ３１は、測定誤差を含んでいるため、側位データ３１の緯度及び経度は必ずしも線路上の位置とはならない。このため、線路キロ程変換部３６では、この測位データ３１を、線路データ２１を使用して後述する算出方法により線路上の緯度及び経度に補正し、この線路上の緯度及び経度の地点のキロ程に変換する。つまり、ＧＰＳ測位データ３１と線路データ２１とから、線路キロ程データ３２を作成して保持する。この線路キロ程データ３２の算出方法は以下のとおりである。
【００１６】
図４で示すように、ＧＰＳ測位データが中間に位置する２地点（Ａ，Ｂ）の緯度及び経度を線路データ２１から求める。ＧＰＳ測位位置である地点ＧからＡ地点−Ｂ地点間の線への垂直線の交点をＸ地点（ＧＰＳ測位補正キロ程）とする。この場合の、Ｘ地点からＡ点までの距離（距離DAX）は三平方の定理を用いて以下の式により計算できる。
【００１７】
距離DAB＝キロ程KB−キロ程KA
ＧＰＳ測位補正キロ程Kx＝キロ程KA＋（（距離DAG）2−（距離DBG）2＋
（距離DAB）2）／２×（距離DAB）
このようにして求めた線路キロ程データ３２のデータ例を表３に示す。
【表３】
【００１８】
速度加速度算出部２７は、列車の走行中における複数のキロ程データと、これらキロ程データに対応する測位時刻とから各測位時刻における列車の速度及び加速度を求める。すなわち、速度加速度算出部２７は、線路キロ程データ３２を基に、連続した３地点（Ａ，Ｂ，Ｃ）のＧＰＳ測位補正キロ程を使用して、平均速度と平均加速度を以下の式により求め、速度/加速度データ３４として保持する。
【００１９】
平均速度VAB Km/h＝（キロ程B−キロ程A）Km／（受信時刻B−受信時刻A）s×3600
平均速度VBC Km/h＝（キロ程C−キロ程B）Km／（受信時刻C−受信時刻B）s×3600
平均速度VAC Km/h＝（キロ程C−キロ程A）Km／（受信時刻C−受信時刻A）s×3600
平均加速度AAC Km/h/s＝（平均速度AB＋平均速度BC）／2
このようにして求めた速度/加速度データの例を表４に示す。
【表４】
【００２０】
列車重量測定部２８は、列車の加速運転時又は減速運転時に、速度加速度算出部２７で求められた値と、列車の走行地点に対応する運転計算データ２２とを用い、所定の演算式により列車重量を算出して列車重量データ３４として保持する。すなわち、列車重量測定部２８は、例えば、列車編成が１０km/h以上の速度で加速運転を行っている場合、走行抵抗（Rr(kg/t)）、曲線抵抗（Rc(kg/t)）、勾配抵抗（Rg(kg/t)）を含めた加速度は以下の計算式により求められる。
【００２１】
走行抵抗Rr（kg/t）＝a＋bv＋cv2/W
勾配抵抗Rg（kg/t）＝Ｗ×g
曲線抵抗Rc（kg/t）＝9.81×800／r
全走行抵抗加速度（km/h/s）＝（Rr＋Rg＋Rc）／（1000×Ｗ／3.6）
引張力による加速度（km/h/s）＝加速力／（1000×Ｗ×（1.00＋γ）／3.6）
加速度（km/h/s）＝引張力による加速度−全走行抵抗加速度
ａ，ｂ，ｃ：走行抵抗係数（明かり（トンネル外）、トンネル断面で異なる）
ｇ： 勾配量（‰）（運転計算データ２２に保持）
ｒ：曲線半径（m）（運転計算データ２２に保持）
ｖ： 速度（Km/h）
Ｗ：列車重量（ton）
加速力：運転計算データ２２に保持した速度別の引張力（Kg/t）
従って、以下の２次方程式より列車重量Ｗを求めることができる。
【００２２】
Ｗ2（加速度＋3.6g/1000）+ Ｗ(3.6(7848+ar+brv)/1000−3.6*加速力/1000(1+γ))
− cv2 =0
上記計算式に対して、加速度及び速度として、速度加速度算出部２７で求めた速度/加速度データ３３を使用し、また、勾配量・曲線半径・走行抵抗計数等を運転計算データ２２から取得することで、列車重量を求めることができる。すなわち、列車重量測定部２８は、列車の前記走行地点における走行抵抗係数ａ，ｂ，ｃと列車速度ｖと列車重量Ｗとから走行抵抗Rrを求める演算式、前記線路の勾配量ｇと列車重量Ｗとから勾配抵抗Rgを求める演算式、前記線路の曲線半径ｒから曲線抵抗Rcを求める演算式、これら各抵抗Rr，Rg，Rcと列車重量Ｗから全抵抗加速度を求める演算式、加速力と列車重量Ｗから引張力による加速度を求める演算式、この引張力による加速度と全抵抗加速度とから列車の加速度を求める演算式が設定され、これらの演算式に基づく２次方程式により列車重量Ｗを算出する。
【００２３】
上述した列車重量測定部２８で用いる各係数などは、前述のように運転計算データ２２としてデータ記憶装置３に格納されている。
【００２４】
例えば、走行抵抗係数ａ，ｂ，ｃの定義例を表５に示す。この値は各車両を試験走行した実績値により設定する。
【表５】
【００２５】
なお、上記表５において、「明かり」とはトンネル外を表す。
【００２６】
また、運転計算データ２２である勾配量、曲線半径は線路形状により定まっており、キロ程別に定義される。勾配量のデータ例を表６に、曲線半径のデータ例を表７に示す。
【表６】
【表７】
【００２７】
上述した列車重量測定部２８により、測位時刻毎に求めた列車重量データ３４の例を表８に示す。この列車重量データ３４を正規分布化して平均値を列車重量とする。
【表８】
【００２８】
乗車状況測定部２９は、列車重量測定部２８によって求められた列車重量と、予め設定された車体重量データ２３及び乗客1人当たりの重量データ２４とから、列車の乗車人数又は乗車率のいずれか又は双方を求める。すなわち、各駅間の乗車人数は一定であるため、キロ程を駅間に分割し、各駅間内の列車重量の平均値から車体重量を減算し、１人当り重量で除算することで乗車人数を算出する。また列車重量から車体重量を減算し、定員数×１人当り重量で除算することで乗車率を算出する。
【００２９】
上記構成において、列車が駅から出発して加速状態にあるとき、図２で示したように、ＧＰＳ測位情報取得部２５により、ＧＰＳアンテナから緯度及び経度情報を取得し、ＧＰＳ測位データ３１として保持する。ＧＰＳ測位データ３１は線路キロ程変換部２６により線路データ２１とマッチングし、線路キロ程データ３２に変換される。線路キロ程データ３２より測位点の速度及び加速度を速度加速度算出部２７により算出し、速度/加速度データ３３として保持する。列車重量測定部２８は速度加速度算出部２７により求めた速度/加速度データ３３と運転計算データ２２により前述した演算式により列車重量Ｗを求め、列車重量データ３４として保持する。求めた列車重量Ｗは乗車人数乗車率測定部２９により車体重量・１人当たり重量を考慮して乗車人数３５、乗車率３６を算出する。
【００３０】
このように、列車編成に搭載したＧＰＳ装置により任意時間周期にて緯度及び経度を測定し、この地点情報から線路上のキロ程を求め、測位地点のキロ程と測位時刻から列車の速度と加速度を求める。求めた速度及び加速度より列車重量を運転理論より求め、車体重量を減算した重量と１人当たり重量と列車編成定員より乗車人数及び乗車率を算出する。本実施の形態では、汎用技術であるＧＰＳ装置を使用することにより、専用装置を使用しない確実な乗車人数及び乗車率の測定を達成することができる。
【００３１】
なお、列車重量測定部２８において、より正確な値のみを使用するためには、勾配や曲線のない平坦な直線走行部分で測定されたキロ程データのみ使用するとよい。勾配・曲線がない場合、抵抗値は走行抵抗のみとなるため、より正確な数値が算出できる。勾配・曲線のない線形は測定キロ程から測定キロ程＋列車長間で判定する。
【００３２】
上記説明では、加速運転時の列車重量を算出しているが、減速運転時（ブレーキ・惰行）においても同様に列車重量を算出することができる。ブレーキ運転の場合は、列車重量測定部２８における計算式において、加速力を0とし、全走行抵抗加速度にブレーキ減速度を加えることで計算できる。ブレーキ減速度は運転計算データ２２に含まれる値（3.0km/h/sなど）である。また、惰行運転の場合は、上述の計算式において、加速力を0とすることで計算できる。
【００３３】
なお、ＧＰＳの位置情報では、減速運転を表すブレーキ操作及び惰行操作を行ったことは直接的にはわからないため、キロ程データとしてブレーキ操作区間、惰行運転区間を設定したり、列車運転士の操作機器からブレーキ操作信号及び惰行運転信号を入力するようにして減速運転中であることを判別してもよい。また、計算した値が編成重量より少ないもしくは500％以上の乗車率とならない操作を有効な値として選択するようにしてもよい。
【００３４】
この実施の形態では、ＧＰＳを導入することで、乗車人数を算出することができ、これを需要予測及び旅客案内に使用することができる。また、ＧＰＳを導入するため、列車位置の把握や実績走行の特定が行える。さらに、乗車率の算出により混雑度を乗換案内等のサービスに使用できる。
【００３５】
上記実施の形態では、図１で示したように、ＧＰＳ受信装置１、計算装置２、データ記憶装置３を車載装置４として列車上に構成したが、図５で示すように、これらＧＰＳ受信装置１、計算装置２、データ記憶装置３を列車側の車載装置１３とサーバ１６とに分散設置し、この環を無線通信装置５によりインターネット回線で接続するように構成してもよい。すなわち、列車側の車載装置１３に、ＧＰＳ受信装置１の図２で示した測位情報取得部２５、及びこの測位情報取得部２５で取得された列車の走行地点の緯度及び経度をそれらの測位時刻を列車外のサーバ１６に送信する無線通信装置５を設ける。サーバ１６は、図２で示した線路データ２１、及び運転計算データ２２をそれぞれ記憶しているデータ記憶装置３と、線路キロ程変換部２６、速度加速度算出部２７、列車重量測定部２８、及び乗車状況測定部２９を備えた計算装置２とを設けた構成とする。
【００３６】
上記構成の場合は、車載装置１３内に格納されたＧＰＳ受信装置１により受信した列車の現在地の緯度及び経度を、無線通信装置５にてサーバ６に送信する。サーバ６では計算装置５において、受信したデータとデータ記憶装置４に格納している線路データ２１及び運転計算データ２２を用いて列車重量を算出し、さらに車体重量データ２３、１人当り重量データ２４を使用して、乗車人数３５と乗車率３６を算出する。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・ＧＰＳ受信装置
２・・・計算装置
３・・・データ記憶装置
２１・・・線路データ
２２・・・運転計算データ
２３・・・車体重量データ
２４・・・１人当たり重量データ
２５・・・測位情報取得部
２６・・・線路キロ程変換部
２７・・・速度加速度算出部
２８・・・列車重量測定部
２９・・・乗車状況測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車が走行する線路上の複数地点毎に、予め設定された基準点からの線路に沿った距離であるキロ程と、その緯度及び経度とがそれぞれ設定された線路データと、
予め前記線路上におけるトンネル内／外に応じて求められた走行抵抗係数、勾配量、曲線半径、予め求められた加速力がそれぞれ設定された運転計算データと、
ＧＰＳにより測位された前記列車の走行地点の緯度及び経度をそれらの測位時刻と共に順次取得する測位情報取得部と、
これら測位情報と前記線路データとから、前記列車の各測位時刻における前記線路上におけるキロ程を求める線路キロ程変換部と、
この線路キロ程変換部により求められた前記列車の走行中における複数のキロ程と、これらキロ程に対応する測位時刻とから各測位時刻における前記列車の速度及び加速度を求める速度加速度算出部と、
前記列車の加速運転時又は減速運転時に、前記速度加速度算出部で求められた値と、前記列車の走行地点に対応する前記運転計算データとを用い、所定の演算式により前記列車重量を算出する列車重量測定部と、
を備えたことを特徴とする列車重量算出システム。
【請求項２】
前記列車重量測定部は、前記列車の前記走行地点における走行抵抗係数と列車速度と列車重量とから走行抵抗を求める演算式、前記線路の勾配量と列車重量とから勾配抵抗を求める演算式、前記線路の曲線半径から曲線抵抗を求める演算式、これら各抵抗と列車重量から全抵抗加速度を求める演算式、前記加速力と列車重量から引張力による加速度を求める演算式、この引張力による加速度と前記全抵抗加速度とから列車の加速度を求める演算式が設定され、これらの演算式に基づく２次方程式により前記列車重量を算出することを特徴とする請求項１に記載の列車重量算出システム。
【請求項３】
前記列車重量測定部は、ブレーキ運転による減速運転時は、前記加速力を０とし、前記全抵抗加速度に予め設定した減速度を加えることで列車重量を算出することを特徴とする請求項２に記載の列車重量算出システム。
【請求項４】
前記列車重量測定部は、惰行運転による減速運転時は、前記加速力を０とすることで列車重量を算出することを特徴とする請求項２に記載の列車重量算出システム。
【請求項５】
前記列車に、前記測位情報取得部を有するＧＰＳ受信装置、及びこの測位情報取得部で取得された列車の走行地点の緯度及び経度とそれらの測位時刻を前記列車外のサーバに送信する無線通信装置を設け、
前記サーバは、前記線路データ、前記運転計算データをそれぞれ記憶しているデータ記憶装置と、前記線路キロ程変換部、前記速度加速度算出部、及び前記列車重量測定部からなる計算装置とを有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の列車重量算出システム。
【請求項１】
列車が走行する線路上の複数地点毎に、予め設定された基準点からの線路に沿った距離であるキロ程と、その緯度及び経度とがそれぞれ設定された線路データと、
予め前記線路上におけるトンネル内／外に応じて求められた走行抵抗係数、勾配量、曲線半径、予め求められた加速力がそれぞれ設定された運転計算データと、
ＧＰＳにより測位された前記列車の走行地点の緯度及び経度をそれらの測位時刻と共に順次取得する測位情報取得部と、
これら測位情報と前記線路データとから、前記列車の各測位時刻における前記線路上におけるキロ程を求める線路キロ程変換部と、
この線路キロ程変換部により求められた前記列車の走行中における複数のキロ程と、これらキロ程に対応する測位時刻とから各測位時刻における前記列車の速度及び加速度を求める速度加速度算出部と、
前記列車の加速運転時又は減速運転時に、前記速度加速度算出部で求められた値と、前記列車の走行地点に対応する前記運転計算データとを用い、所定の演算式により前記列車重量を算出する列車重量測定部と、
を備えたことを特徴とする列車重量算出システム。
【請求項２】
前記列車重量測定部は、前記列車の前記走行地点における走行抵抗係数と列車速度と列車重量とから走行抵抗を求める演算式、前記線路の勾配量と列車重量とから勾配抵抗を求める演算式、前記線路の曲線半径から曲線抵抗を求める演算式、これら各抵抗と列車重量から全抵抗加速度を求める演算式、前記加速力と列車重量から引張力による加速度を求める演算式、この引張力による加速度と前記全抵抗加速度とから列車の加速度を求める演算式が設定され、これらの演算式に基づく２次方程式により前記列車重量を算出することを特徴とする請求項１に記載の列車重量算出システム。
【請求項３】
前記列車重量測定部は、ブレーキ運転による減速運転時は、前記加速力を０とし、前記全抵抗加速度に予め設定した減速度を加えることで列車重量を算出することを特徴とする請求項２に記載の列車重量算出システム。
【請求項４】
前記列車重量測定部は、惰行運転による減速運転時は、前記加速力を０とすることで列車重量を算出することを特徴とする請求項２に記載の列車重量算出システム。
【請求項５】
前記列車に、前記測位情報取得部を有するＧＰＳ受信装置、及びこの測位情報取得部で取得された列車の走行地点の緯度及び経度とそれらの測位時刻を前記列車外のサーバに送信する無線通信装置を設け、
前記サーバは、前記線路データ、前記運転計算データをそれぞれ記憶しているデータ記憶装置と、前記線路キロ程変換部、前記速度加速度算出部、及び前記列車重量測定部からなる計算装置とを有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の列車重量算出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０００３０（Ｐ２０１２−２０００３０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０５３４（Ｐ２０１１−６０５３４）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０１０６３４９６）東芝ソリューション株式会社 (1,478)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０１０６３４９６）東芝ソリューション株式会社 (1,478)
【Ｆターム（参考）】
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