軌道回路故障部位特定装置
【課題】故障部位をケーブルやレールまで高い確度で切り分けるうえ使い易くする。
【解決手段】軌道回路１０から送電端電圧値Ｖｓと送電端電流値Ｉｓと受電端電圧値Ｖｒを測定部２１〜２３にて継続的に測定し、それを測定データ収集手段２５にて測定データ記憶部２６に蓄積する。その蓄積データから、平常時特性値算出手段２７にて不在線時基準インピーダンスＺｂと不在線時基準受信電圧Ｖｄと在線時基準受信レベルＶｅと在線時基準インピーダンスＺａと基準インピーダンス比Ｚｃを求め、故障時特性値算出手段２８にて不在線時送電インピーダンスＺｇと送電インピーダンス比Ｚｈと不在線時受信レベルＶｉと在線時判定受信レベルＶｊを求め、それらの算出値に基づき場合分け判別手段２９にて送信ケーブル１２とレール１４と受信ケーブル１６の短絡と断線等を判別する。
【解決手段】軌道回路１０から送電端電圧値Ｖｓと送電端電流値Ｉｓと受電端電圧値Ｖｒを測定部２１〜２３にて継続的に測定し、それを測定データ収集手段２５にて測定データ記憶部２６に蓄積する。その蓄積データから、平常時特性値算出手段２７にて不在線時基準インピーダンスＺｂと不在線時基準受信電圧Ｖｄと在線時基準受信レベルＶｅと在線時基準インピーダンスＺａと基準インピーダンス比Ｚｃを求め、故障時特性値算出手段２８にて不在線時送電インピーダンスＺｇと送電インピーダンス比Ｚｈと不在線時受信レベルＶｉと在線時判定受信レベルＶｊを求め、それらの算出値に基づき場合分け判別手段２９にて送信ケーブル１２とレール１４と受信ケーブル１６の短絡と断線等を判別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道の軌道回路について故障有無の判定に加えて故障部位の特定も行う軌道回路故障部位特定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軌道回路は、列車検知等のため、列車の走行する軌道を幾つかの区間に区切って、各区間の一端から列車検知信号を送信するとともに、該当区間の他端から列車検知信号を受信するものであり、列車在線中の区間では列車の車輪や車軸によって軌道が短絡されることに基づき、受信信号の有／無に応じて列車の無／有を判別するようになっている（例えば非特許文献１や特許文献１を参照）。
また、このような軌道回路の送信装置では診断ルーチンやウォッチドッグタイマを具えていて自己診断するものが知られている（例えば特許文献２参照）。
さらに、ＣＴＣ向けでは伝送レベルを検出して送受の伝送装置と中間の伝送回線との何れに不具合が有るかを一個所で判断するようになったものもある（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６２８９５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６８５５４号公報
【特許文献３】特開２００５−０２９００９号公報
【特許文献４】実開平３−５０５８３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】鉄道電気技術者のための信号概論「軌道回路」第３頁、社団法人日本鉄道電気技術協会出版、平成１７年５月２０日改訂版２刷発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
同様に、軌道回路についても、受信信号のレベルを検出して閾値で判別することで、軌道回路の故障を検知することができると期待されるが、軌道回路の場合は列車在線状況に応じて受信信号レベルが大幅に変化するので、列車不在線時に限って故障判定を行うといった改造は必要であり、そうすれば軌道回路でも受信装置や軌道側の故障を検知できる。
もっとも、軌道回路では、送受信装置や判定装置がセンタや駅の機器室に纏めて設置されているが、軌道の各区間は長距離に亘って広く展開しているうえ、それらの間にも長い列車検知信号伝送ケーブルが敷設されていることから、軌道側の故障の発生時には長い送信側ケーブルと軌道内区間と受信側ケーブルのうち何処に不具合があるのかを探し回らなければならないので、現場の復旧には多大な時間がかかっている。
【０００６】
この不都合は従来の閾値判定では軌道側を細分化してまで故障部位を特定することができなかった為なので、閾値を多段化する等のことでケーブルと軌道との切り分けができれば、復旧時間が短縮されて、上記の不都合が大幅に改善されるはずである。
しかしながら、ケーブル長が接続毎に大きく異なるうえ、軌道の区間の長さも場所によって異なるため、個々の敷設状況を反映させて多数の閾値を適切な値に設定するのは面倒かつ困難であり、従来技術の単なる転用では使い易い装置を作ることができない。
そこで、閾値判定の手法や物理量を工夫して、ケーブルと軌道まで高い確度で切り分けられて而も使い易い軌道回路故障部位特定装置を実現することが技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の軌道回路故障部位特定装置は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、軌道回路に接続されて前記軌道回路の送電端電圧および送電端電流と前記軌道回路の受電端電圧とを継続的に測定する測定部と、その測定で得た測定値を測定データ記憶部に蓄積する測定データ収集手段と、その蓄積データから平常時かつ列車不在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した不在線時基準インピーダンスを求める平常時特性値算出手段と、前記蓄積データから故障時かつ列車不在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した不在線時送電インピーダンスを求めるとともにそれと前記不在線時基準インピーダンスとの比に対応した送電インピーダンス比を求める故障時特性値算出手段と、前記送電インピーダンス比と閾値との大小に基づいて前記軌道回路の送信ケーブル断線とレール破断と受信ケーブル断線と短絡故障を判別する場合分け判別手段とを備えている。
【０００８】
また、本発明の軌道回路故障部位特定装置は（解決手段２）、上記解決手段１の軌道回路故障部位特定装置であって、前記平常時特性値算出手段が前記蓄積データから平常時かつ列車不在線時の測定値を抽出して受電端電圧値に対応した不在線時基準受信電圧を求めるものであり、前記故障時特性値算出手段が前記蓄積データから故障時かつ列車不在線時の受電端電圧値を抽出してそれと前記不在線時基準受信電圧との比に対応した軌道回路故障時受信レベルを求めるものであり、前記場合分け判別手段が短絡故障と判別したとき更に前記軌道回路故障時受信レベルと閾値との大小に基づいて前記軌道回路のレール短絡を判別するものであることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の軌道回路故障部位特定装置は（解決手段３）、上記解決手段２の軌道回路故障部位特定装置であって、前記平常時特性値算出手段が前記蓄積データから平常時かつ列車在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した在線時基準インピーダンスを求めるとともにそれと前記不在線時基準インピーダンスとの比に対応した基準インピーダンス比を求めるものであり、前記場合分け判別手段が短絡故障と判別したとき更に前記送電インピーダンス比と前記基準インピーダンス比との大小に基づいて前記軌道回路のレール短絡と送信ケーブル短絡と受信ケーブル短絡を判別するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明の軌道回路故障部位特定装置にあっては（解決手段１）、軌道回路に故障の無い平常時から軌道回路に接続しておけば、軌道回路の送電端電圧および送電端電流と軌道回路の受電端電圧とが継続的に測定されて蓄積される。そして、軌道回路の故障時に平常時特性値算出手段と故障時特性値算出手段と場合分け判別手段を動作させると、蓄積データに基づいて軌道回路の送信ケーブル断線とレール破断と受信ケーブル断線と短絡故障が判別される。この判別手法は、多数かつ各種の軌道回路について断線状態と短絡状態を確認した結果、百発百中とまではいかないが、十中八九を超える高い率で正解を出すことができる。しかも、軌道回路の実現方式が同じであれば閾値もケーブルやレールの長さに依らず同じで良いので、使い易いものとなっている。
【００１１】
また、本発明の軌道回路故障部位特定装置にあっては（解決手段２）、蓄積データに基づいて軌道回路のレール短絡までも判別される。さらに、本発明の軌道回路故障部位特定装置にあっては（解決手段３）、蓄積データに基づいて軌道回路の送信ケーブル短絡と受信ケーブル短絡までも判別される。
したがって、この発明によれば、ケーブルと軌道の切り分けまで高い確度で行えるうえ使い易い軌道回路故障部位特定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１について、軌道回路故障部位特定装置の全体構造を示すブロック図である。
【図２】場合分け判別手段のうち共振コンデンサが無い場合の判別手順を示すフローチャートである。
【図３】場合分け判別手段のうち共振コンデンサが有る場合の判別手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例２について、軌道回路故障部位特定装置の全体構造を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
このような本発明の軌道回路故障部位特定装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜２により説明する。
図１〜３に示した実施例１は、上述した解決手段を総て具現化しているが一区間を対象にしたベーシックなものであり、図４に示した実施例２は、多数の区間を対象にした実用的なものである。
なお、ここで述べる実施例は、軌道回路のうちＳＭＥＴと呼ばれるものに適合させたものであり、ＳＭＥＴとは、８３／１００Ｈｚ軌道回路のＩＮＶや分周軌道回路の大形分周器で必要な電源装置を安価にするため、軌道に時分割送信して６軌道回路を１送信器に集約したものである。
【実施例１】
【００１４】
本発明の軌道回路故障部位特定装置の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、軌道回路故障部位特定装置２０の全体構造を示すブロック図であり、図２は、場合分け判別手段２９の判別手順のうち共振コンデンサＣが無い場合の判別手順を示すフローチャートであり、図３は、場合分け判別手段２９の判別手順のうち共振コンデンサＣが有る場合の判別手順を示すフローチャートである。
【００１５】
軌道回路故障部位特定装置２０の説明に先立って接続先の軌道回路１０の基本構成を説明する。軌道回路１０は、機器室の送信部１１で発生させた例えば１２０Ｈｚの交流信号を、送信ケーブル１２で現場の軌道へ伝送してからインピーダンスボンド１３を介してレール１４における両端絶縁の対象区間に対してその一端側から送り込むとともに、その対象区間の他端側からインピーダンスボンド１５を介して拾い上げ更に受信ケーブル１６にて機器室の受信部１７へ伝送してから検出し、その検出信号のレベルに応じてレール１４の対象区間における列車の有無を例えば軌道回路リレーＴＲの出力で示すものである。
【００１６】
この軌道回路故障部位特定装置２０は（図１参照）、軌道回路１０のレール１４の一区間を対象とするベーシックなものであり、軌道回路１０に接続されて例えば一定周期で測定を繰り返す測定部２１〜２３と、その測定結果に基づいて軌道回路１０の故障部位特定のための推定演算を行う解析部２４とを具えている。
測定部２１〜２３は、レール１４の対象区間を介して送受信される上述の交流信号について、送信部１１から送信ケーブル１２への送出部位の送電端電圧を測定する送電端電圧測定部２１と、その送出部位の送電端電流を測定する送電端電流測定部２２と、受信ケーブル１６から受信部１７への入力部位の受電端電圧を測定する受電端電圧測定部２３を具えている。
【００１７】
解析部２４は、適宜な演算装置と記憶装置とを具備していれば鉄道分野で多用されているフェールセーフコンピュータでも良く市販の汎用コンピュータでも良く、Ａ／Ｄ変換回路やデータ入力プログラムで具現化された回路測定データ収集手段２５と、ハードディスク等の不揮発性大容量メモリに割り付けられた測定データ記憶部２６と、何れもプログラムで具現化された平常時特性値算出手段２７と故障時特性値算出手段２８と場合分け判別手段２９とを具えている。動作指示等を与える入力装置としてのキーボードやマウスと、判別結果を提示する出力装置としてのディスプレイも、具えている。
【００１８】
測定データ収集手段２５は、送電端電圧測定部２１，送電端電流測定部２２，受電端電圧測定部２３の測定にて得られた測定値をそれぞれ送電端電圧値Ｖｓ，送電端電流値Ｉｓ，受電端電圧値Ｖｒとして入力するが、その際、送電端電圧値Ｖｓを送電端電流値Ｉｓで割って送電端インピーダンスＺｓを算出するとともに、受電端電圧値Ｖｒが既定の閾値Ｔｈを上回っているか否かに応じて列車不在線か列車在線かを示す列車不在線情報Ｔｒを演算してから、それらのデータを時刻ｔと組にして測定データ記憶部２６に追加書込するようになっている。測定データ記憶部２６は、例えば先入れ先出し方式で数日間や数周間といった長期間に亘って組データが時系列で蓄積されるようになっている。
【００１９】
測定データ収集手段２５や測定部２１〜２３は基本的に常時稼動してデータを蓄積し続けるが、平常時特性値算出手段２７と故障時特性値算出手段２８と場合分け判別手段２９は、故障に気づいた者の操作によって入力装置にて動作指示が与えられたときに動作するようになっている。その指示では、軌道回路１０に故障が無かったことが判明している平常時の初期と終期に加え、故障の発生が判明した故障時期も、手動入力にて与えられるようになっている。なお、測定データ収集手段２５が各測定値Ｖｓ，Ｉｓ，Ｖｒを入力する度にその値が既知の正常範囲に収まっているか正常範囲を逸脱したかを調べる等のことで故障の発生や平常時の初期と終期と故障時期などを自動で検知するようにしても良い。
【００２０】
平常時特性値算出手段２７は、先ず、測定データ記憶部２６をアクセスして、そこに記憶保持されている蓄積データから平常時の測定値を抽出してそれを列車在線時のデータと列車不在線時のデータとに分け、列車在線時と列車不在線の各測定値Ｖｒ，Ｚｓ毎に多数の値を一つに纏めるものであり、その際、測定値集約処理では平均値算出等を行うことで集約しながら雑音成分を抑制し、抽出処理では、時刻ｔが平常時の初期から終期までの間に入る組データから測定値を抽出し、データ分類処理では、列車在線情報Ｔｒの値で分けるが、列車在線から列車不在線へ又は列車不在線から列車在線へ変化した前後のデータを処理対象から外すことで安定状態の測定値を用いるようになっている。
【００２１】
平常時特性値算出手段２７は、次いで、列車在線時の代表値と列車不在線時の代表値とに集約された平常時の各測定値Ｖｒ，Ｚｓから判別用の基準値を幾つか求めるようになっている。具体的には、平常時かつ列車在線時の送電端インピーダンスＺｓを在線時基準インピーダンスＺａに採用し、平常時かつ列車不在線時の送電端インピーダンスＺｓを不在線時基準インピーダンスＺｂに採用し、在線時基準インピーダンスＺａを不在線時基準インピーダンスＺｂで割ることで基準インピーダンス比Ｚｃを算出し、平常時かつ列車不在線時の受電端電圧値Ｖｒを不在線時基準受信電圧Ｖｄに採用し、平常時かつ列車在線時の受電端電圧値Ｖｒを在線時基準受信レベルＶｅに採用するようになっている。
【００２２】
故障時特性値算出手段２８は、先ず、測定データ記憶部２６をアクセスして、そこに記憶保持されている蓄積データから故障時の測定値を抽出してそれを列車在線時のデータと列車不在線時のデータとに分け、列車在線時と列車不在線の各測定値Ｖｒ，Ｚｓ毎に多数の値を一つに纏めるものであり、その際、測定値集約処理では平均値算出等を行うことで集約しながら雑音成分を抑制し、抽出処理では、時刻ｔが故障時期から現在までの間に入っている組データから測定値を抽出し、データ分類処理では、列車在線情報Ｔｒの値で分けるが、列車在線から列車不在線へ又は列車不在線から列車在線へ変化した前後のデータを処理対象から外すことで安定状態の測定値を用いるようになっている。
【００２３】
故障時特性値算出手段２８は、次いで、列車在線時の代表値と列車不在線時の代表値とに集約された故障時の各測定値Ｖｒ，Ｚｓから、判別用の基準値を幾つか求めるようになっている。具体的には、故障時かつ列車不在線時の送電端インピーダンスＺｓを不在線時送電インピーダンスＺｇに採用し、不在線時送電インピーダンスＺｇを不在線時基準インピーダンスＺｂで割ることで送電インピーダンス比Ｚｈを算出し、故障時かつ列車不在線時の受電端電圧値Ｖｒを不在線時基準受信電圧Ｖｄで割ってから対数関数を適用して２０ｌｏｇ（Ｖｒ／Ｖｄ）の演算を行うことで不在線時受信レベルＶｉを算出し、正常時の列車在線時の受電端電圧値Ｖｒに対する在線時判定受信レベルＶｊに採用するようになっている。
【００２４】
場合分け判別手段２９は、上述した基準インピーダンス比Ｚｃと在線時基準受信レベルＶｅと送電インピーダンス比Ｚｈと不在線時受信レベルＶｉと在線時判定受信レベルＶｊとに基づいて場合分けを行うものであるが、更にきめ細かく場合分けするために、軌道回路１０の受信部１７が受信ケーブル１６との接続部に共振コンデンサＣを接続されているか否かを示すパラメータ設定も、参照するようになっている。
そして（図２参照）、受信部１７に共振コンデンサＣが接続されていない場合は、送電インピーダンス比Ｚｈ、不在線時受信レベルＶｉ、在線時判定受信レベルＶｊ及び在線時基準受信レベルＶｅ、送電インピーダンス比Ｚｈ及び基準インピーダンス比Ｚｃ、という順に調べて軌道回路１０の何処が故障しているかを判別するようになっている。
【００２５】
すなわち、場合分け判別手段２９は、送電インピーダンス比Ｚｈと三つの閾値“５．０”，“１．５”，“１．０”とを比較して（ステップＳ２１）、送電インピーダンス比Ｚｈが５．０以上であれば軌道回路１０のうち送信ケーブル１２が断線していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが５．０未満であって１．５以上であれれば軌道回路１０のうちレール１４が破断していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが１．５未満であって１．０以上であれば軌道回路１０のうち受信ケーブル１６が断線していると判定する。送電インピーダンス比Ｚｈが１．０未満の場合は、更に不在線時受信レベルＶｉと閾値“−４０ｄＢ”とを比較して（ステップＳ２２）、不在線時受信レベルＶｉが−４０ｄＢ以上であれば軌道回路１０のうちレール１４が短絡していると判定するようになっている。
【００２６】
不在線時受信レベルＶｉが−４０ｄＢ未満の場合、場合分け判別手段２９は、更に在線時判定受信レベルＶｊと在線時基準受信レベルＶｅとを比較して（ステップＳ２３）、在線時基準受信レベルＶｅが在線時判定受信レベルＶｊ以上であれば軌道回路１０のうち送信ケーブル１２か受信ケーブル１６が短絡していると判定する。在線時基準受信レベルＶｅが在線時判定受信レベルＶｊより小さい場合は、更に送電インピーダンス比Ｚｈと基準インピーダンス比Ｚｃとを比較して（ステップＳ２４）、送電インピーダンス比Ｚｈが基準インピーダンス比Ｚｃ以上であれば軌道回路１０のうち受信ケーブル１６が短絡していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが基準インピーダンス比Ｚｃより小さければ軌道回路１０のうち送信ケーブル１２が短絡していると判定するようになっている。
【００２７】
また（図３参照）、受信部１７に共振コンデンサＣが接続されている場合、場合分け判別手段２９は、送電インピーダンス比Ｚｈと二つの閾値“５．０”，“１．０”とを比較して（ステップＳ３１）、送電インピーダンス比Ｚｈが５．０以上であれば軌道回路１０のうち送信ケーブル１２が断線していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが５．０未満であって１．０以上であれれば軌道回路１０のうちレール１４が破断していると判定する。それから、送電インピーダンス比Ｚｈが１．０未満の場合は、更に不在線時受信レベルＶｉと閾値“−２０ｄＢ”とを比較して（ステップＳ３２）、不在線時受信レベルＶｉが−２０ｄＢ以上であれば軌道回路１０のうちレール１４が短絡していると判定するようになっている。
【００２８】
不在線時受信レベルＶｉが−２０ｄＢ未満の場合、場合分け判別手段２９は、再び送電インピーダンス比Ｚｈと閾値“０．６６５”とを比較して（ステップＳ３３）、送電インピーダンス比Ｚｈが０．６６５以上であれば軌道回路１０のうち受信ケーブル１６が断線していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが０．６６５未満の場合は更に不在線時受信レベルＶｉと閾値“−４０ｄＢ”とを比較して（ステップＳ３４）、不在線時受信レベルＶｉが−４０ｄＢ以上であれば軌道回路１０のうちレール１４が短絡していると判定し、不在線時受信レベルＶｉが−４０ｄＢ未満の場合は更に在線時判定受信レベルＶｊと在線時基準受信レベルＶｅとを比較して（ステップＳ３５）、在線時基準受信レベルＶｅが在線時判定受信レベルＶｊ以上であれば軌道回路１０のうち送信ケーブル１２か受信ケーブル１６が短絡していると判定するようになっている。
【００２９】
在線時基準受信レベルＶｅが在線時判定受信レベルＶｊより小さい場合、場合分け判別手段２９は、更に送電インピーダンス比Ｚｈと基準インピーダンス比Ｚｃとを比較して（ステップＳ３６）、送電インピーダンス比Ｚｈが基準インピーダンス比Ｚｃ以上であれば軌道回路１０のうち受信ケーブル１６が短絡していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが基準インピーダンス比Ｚｃより小さければ軌道回路１０のうち送信ケーブル１２が短絡していると判定するようになっている。このような共振コンデンサＣが有る場合における後半の判別処理Ｓ３４〜Ｓ３６は、共振コンデンサＣの影響が小さいため、上述した共振コンデンサＣが無い場合における後半の判別処理Ｓ２２〜Ｓ２４と、同じになっている。
【００３０】
この実施例１の軌道回路故障部位特定装置２０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図１は、軌道回路故障部位特定装置２０を軌道回路１０に接続して使用するところのブロック図である。
【００３１】
軌道回路故障部位特定装置２０を使用して軌道回路１０の故障部位を特定させるには、予め軌道回路故障部位特定装置２０を軌道回路１０に付設して、軌道回路１０が故障するよりも前の平常時から軌道回路故障部位特定装置２０を稼動させておく。軌道回路故障部位特定装置２０の設置時には、送信部１１から送信ケーブル１２への交流信号送出部位に送電端電圧測定部２１の電圧測定用ケーブルと送電端電流測定部２２の電流測定用ケーブルを接続し、受信ケーブル１６から受信部１７への交流信号入力部位に受電端電圧測定部２３の電圧測定用ケーブルを接続し、解析部２４には共振コンデンサＣの有無を含む軌道回路構成，軌道回路長，及び送電ケーブル長を示すパラメータ値を初期設定しておく。
【００３２】
そうすると、軌道回路故障部位特定装置２０では、随時、軌道回路１０における交流信号の送電端電圧と送電端電流と受電端電圧とが測定部２１〜２３によって継続的に測定され、その測定の度にそれで得られた送電端電圧値Ｖｓと送電端電流値Ｉｓと受電端電圧値Ｖｒが、測定部２１〜２３から解析部２４に引き渡され、解析部２４において測定データ収集手段２５によって測定データ記憶部２６に蓄積される。その際、送電端インピーダンスＺｓや列車在線情報Ｔｒが演算されてから、計測値Ｖｓ，Ｉｓ，Ｖｒを取得した時刻ｔと各計測値Ｖｓ，Ｉｓ，Ｚｓ，Ｖｒ，Ｔｒとが組データにされるとともに時刻ｔや列車在線情報Ｔｒをキーにして検索可能なデータ記憶形式で蓄積される。
【００３３】
そして、軌道回路１０も軌道回路故障部位特定装置２０も稼動を続けている状況で、軌道回路１０が故障したときには、軌道回路故障部位特定装置２０に対し、その入力装置を操作して、判明している平常時の初期と平常時の終期と故障時期とを入力したうえで、故障部位特定処理の実行を指示する。この指示を受けた後は、軌道回路故障部位特定装置２０の解析部２４が自動で処理を行い、測定データ記憶部２６に保持されている蓄積データすなわち時刻ｔと送電端電圧値Ｖｓと送電端電流値Ｉｓと送電端インピーダンスＺｓと列車在線情報Ｔｒの組データの多数組集合から軌道回路１０の故障部位が推定される。
【００３４】
すなわち、平常時特性値算出手段２７によって、測定データ記憶部２６の蓄積データから平常時の各測定値Ｖｒ，Ｚｓが抽出されて代表値に纏められ、それから在線時基準インピーダンスＺａと在線時基準インピーダンスＺａｂと基準インピーダンス比Ｚｃと不在線時基準受信電圧Ｖｄと在線時基準受信レベルＶｅが算出される。また、故障時特性値算出手段２８によって、測定データ記憶部２６の蓄積データから故障時の各測定値Ｖｒ，Ｚｓが抽出されて代表値に纏められ、それと平常時特性値算出手段２７の算出値とから不在線時送電インピーダンスＺｇと送電インピーダンス比Ｚｈと不在線時受信レベルＶｉと在線時判定受信レベルＶｊが算出される。
【００３５】
さらに、場合分け判別手段２９によって、共振コンデンサＣの有無に基づく場合分けが行われてから、送電インピーダンス比Ｚｈと不在線時受信レベルＶｉと在線時判定受信レベルＶｊ及び在線時基準受信レベルＶｅと送電インピーダンス比Ｚｈ及び基準インピーダンス比Ｚｃに基づく場合分けも行われて、軌道回路１０において送信ケーブル１２とレール１４と受信ケーブル１６のうちどれが故障しているかに加え、断線等なのか短絡なのかといった故障状態も判別される。
こうして、軌道回路１０の故障部位が、推定ではあるが送信ケーブル１２，１６なのかレール１４なのかまで切り分けて特定され、出力装置に提示される。
【００３６】
また、その故障部位の推定確度は、首都圏に敷設されている標準施工の軌道を対象にして、多数の区間について確認したところ、７５％に近い良好なものであった。レール１４の軌道構成が、分岐の無い棒線でも、インピーダンスボンドの無い片分岐でも、インピーダンスボンドの有る片分岐でも、直列軌道の片分岐でも、両側で分岐しているシーサスでも、良好であった。また、レール１４の長さが５０ｍ〜６００ｍの範囲で、ケーブル１２の長さが５０ｍ〜２ｋｍの範囲で、ケーブルの電線の断面積が１．２５ｍｍ２〜１０ｍｍ２の範囲で、故障部位の推定確度は良好であることが確認できた。
【実施例２】
【００３７】
本発明の軌道回路故障部位特定装置の実施例２について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図４は、軌道回路故障部位特定装置４０の全体構造を示すブロック図である。
【００３８】
この軌道回路故障部位特定装置４０が上述した実施例１の軌道回路故障部位特定装置２０と相違するのは、軌道回路故障部位特定対象をレール１４の一区間だけでなく多数の区間に広げるために、対象区間それぞれに一つずつ測定部２１〜２３が設けられている点と、幾つかの測定部２１〜２３から測定結果をデータ収集する集約装置４１が適宜分散して設置されている点と、多数の区間を対象としてデータ蓄積と故障部位特定処理を行えるよう機能拡張されて解析部２４が装置解析部４４になっている点と、複数の集約装置４１から通信回線４２を介して伝送されて来た収集データが総て解析部４４に引き渡されるようになっている点である。このような機能拡張により実用に適うものとなっている。
【００３９】
［その他］
上記実施例では、電圧や電流を測定する対象として軌道回路の列車検知信号である交流信号を流用したが、列車検知信号から弁別される列車検知信号とは別の故障部位特定用信号を使用するようにしても良く、その場合は、故障部位特定用信号の生成送信回路や弁別受信回路が追加されて測定部２１〜２３に並設される。
また、上記実施例では測定データ収集手段２５がデータ収集のついでに送電端インピーダンスＺｓや列車在線情報Ｔｒの算出を済ませるようになっていたが、その算出処理は平常時特性値算出手段２７や故障時特性値算出手段２８が基準インピーダンス比Ｚｃや送電インピーダンス比Ｚｈの算出前に行うようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の軌道回路故障部位特定装置は、上述した軌道回路（ＳＭＥＴ）に適用が限定される訳でなく、閾値変更など軽微な修正を施すことで容易に、商用軌道回路・分倍周軌道回路・分周軌道回路などの交流軌道回路や、直流軌道回路にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…軌道回路、１１…送信部、
１２…送信ケーブル、１３…インピーダンスボンド、１４…レール、
１５…インピーダンスボンド、１６…受信ケーブル、１７…受信部、
２０…軌道回路故障部位特定装置、
２１…送電端電圧測定部、２２…送電端電流測定部、
２３…受電端電圧測定部、２４…解析部、２５…測定データ収集手段、
２６…測定データ記憶部、２７…平常時特性値算出手段、
２８…故障時特性値算出手段、２９…場合分け判別手段、
４０…軌道回路故障部位特定装置、
４１…集約装置、４２…通信回線、４４…解析部、
Ｃ…共振コンデンサ、Ｖｓ…送電端電圧値、Ｉｓ…送電端電流値、
Ｚｓ…送電端インピーダンス、Ｖｒ…受電端電圧値、
Ｔｒ…列車在線情報、Ｚａ…在線時基準インピーダンス、
Ｚｂ…不在線時基準インピーダンス、Ｚｃ…基準インピーダンス比、
Ｖｄ…不在線時基準受信電圧、Ｖｅ…在線時基準受信レベル、
Ｚｇ…不在線時送電インピーダンス、Ｚｈ…送電インピーダンス比、
Ｖｉ…不在線時受信レベル、Ｖｊ…在線時判定受信レベル
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道の軌道回路について故障有無の判定に加えて故障部位の特定も行う軌道回路故障部位特定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軌道回路は、列車検知等のため、列車の走行する軌道を幾つかの区間に区切って、各区間の一端から列車検知信号を送信するとともに、該当区間の他端から列車検知信号を受信するものであり、列車在線中の区間では列車の車輪や車軸によって軌道が短絡されることに基づき、受信信号の有／無に応じて列車の無／有を判別するようになっている（例えば非特許文献１や特許文献１を参照）。
また、このような軌道回路の送信装置では診断ルーチンやウォッチドッグタイマを具えていて自己診断するものが知られている（例えば特許文献２参照）。
さらに、ＣＴＣ向けでは伝送レベルを検出して送受の伝送装置と中間の伝送回線との何れに不具合が有るかを一個所で判断するようになったものもある（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６２８９５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６８５５４号公報
【特許文献３】特開２００５−０２９００９号公報
【特許文献４】実開平３−５０５８３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】鉄道電気技術者のための信号概論「軌道回路」第３頁、社団法人日本鉄道電気技術協会出版、平成１７年５月２０日改訂版２刷発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
同様に、軌道回路についても、受信信号のレベルを検出して閾値で判別することで、軌道回路の故障を検知することができると期待されるが、軌道回路の場合は列車在線状況に応じて受信信号レベルが大幅に変化するので、列車不在線時に限って故障判定を行うといった改造は必要であり、そうすれば軌道回路でも受信装置や軌道側の故障を検知できる。
もっとも、軌道回路では、送受信装置や判定装置がセンタや駅の機器室に纏めて設置されているが、軌道の各区間は長距離に亘って広く展開しているうえ、それらの間にも長い列車検知信号伝送ケーブルが敷設されていることから、軌道側の故障の発生時には長い送信側ケーブルと軌道内区間と受信側ケーブルのうち何処に不具合があるのかを探し回らなければならないので、現場の復旧には多大な時間がかかっている。
【０００６】
この不都合は従来の閾値判定では軌道側を細分化してまで故障部位を特定することができなかった為なので、閾値を多段化する等のことでケーブルと軌道との切り分けができれば、復旧時間が短縮されて、上記の不都合が大幅に改善されるはずである。
しかしながら、ケーブル長が接続毎に大きく異なるうえ、軌道の区間の長さも場所によって異なるため、個々の敷設状況を反映させて多数の閾値を適切な値に設定するのは面倒かつ困難であり、従来技術の単なる転用では使い易い装置を作ることができない。
そこで、閾値判定の手法や物理量を工夫して、ケーブルと軌道まで高い確度で切り分けられて而も使い易い軌道回路故障部位特定装置を実現することが技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の軌道回路故障部位特定装置は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、軌道回路に接続されて前記軌道回路の送電端電圧および送電端電流と前記軌道回路の受電端電圧とを継続的に測定する測定部と、その測定で得た測定値を測定データ記憶部に蓄積する測定データ収集手段と、その蓄積データから平常時かつ列車不在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した不在線時基準インピーダンスを求める平常時特性値算出手段と、前記蓄積データから故障時かつ列車不在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した不在線時送電インピーダンスを求めるとともにそれと前記不在線時基準インピーダンスとの比に対応した送電インピーダンス比を求める故障時特性値算出手段と、前記送電インピーダンス比と閾値との大小に基づいて前記軌道回路の送信ケーブル断線とレール破断と受信ケーブル断線と短絡故障を判別する場合分け判別手段とを備えている。
【０００８】
また、本発明の軌道回路故障部位特定装置は（解決手段２）、上記解決手段１の軌道回路故障部位特定装置であって、前記平常時特性値算出手段が前記蓄積データから平常時かつ列車不在線時の測定値を抽出して受電端電圧値に対応した不在線時基準受信電圧を求めるものであり、前記故障時特性値算出手段が前記蓄積データから故障時かつ列車不在線時の受電端電圧値を抽出してそれと前記不在線時基準受信電圧との比に対応した軌道回路故障時受信レベルを求めるものであり、前記場合分け判別手段が短絡故障と判別したとき更に前記軌道回路故障時受信レベルと閾値との大小に基づいて前記軌道回路のレール短絡を判別するものであることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の軌道回路故障部位特定装置は（解決手段３）、上記解決手段２の軌道回路故障部位特定装置であって、前記平常時特性値算出手段が前記蓄積データから平常時かつ列車在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した在線時基準インピーダンスを求めるとともにそれと前記不在線時基準インピーダンスとの比に対応した基準インピーダンス比を求めるものであり、前記場合分け判別手段が短絡故障と判別したとき更に前記送電インピーダンス比と前記基準インピーダンス比との大小に基づいて前記軌道回路のレール短絡と送信ケーブル短絡と受信ケーブル短絡を判別するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明の軌道回路故障部位特定装置にあっては（解決手段１）、軌道回路に故障の無い平常時から軌道回路に接続しておけば、軌道回路の送電端電圧および送電端電流と軌道回路の受電端電圧とが継続的に測定されて蓄積される。そして、軌道回路の故障時に平常時特性値算出手段と故障時特性値算出手段と場合分け判別手段を動作させると、蓄積データに基づいて軌道回路の送信ケーブル断線とレール破断と受信ケーブル断線と短絡故障が判別される。この判別手法は、多数かつ各種の軌道回路について断線状態と短絡状態を確認した結果、百発百中とまではいかないが、十中八九を超える高い率で正解を出すことができる。しかも、軌道回路の実現方式が同じであれば閾値もケーブルやレールの長さに依らず同じで良いので、使い易いものとなっている。
【００１１】
また、本発明の軌道回路故障部位特定装置にあっては（解決手段２）、蓄積データに基づいて軌道回路のレール短絡までも判別される。さらに、本発明の軌道回路故障部位特定装置にあっては（解決手段３）、蓄積データに基づいて軌道回路の送信ケーブル短絡と受信ケーブル短絡までも判別される。
したがって、この発明によれば、ケーブルと軌道の切り分けまで高い確度で行えるうえ使い易い軌道回路故障部位特定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１について、軌道回路故障部位特定装置の全体構造を示すブロック図である。
【図２】場合分け判別手段のうち共振コンデンサが無い場合の判別手順を示すフローチャートである。
【図３】場合分け判別手段のうち共振コンデンサが有る場合の判別手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例２について、軌道回路故障部位特定装置の全体構造を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
このような本発明の軌道回路故障部位特定装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜２により説明する。
図１〜３に示した実施例１は、上述した解決手段を総て具現化しているが一区間を対象にしたベーシックなものであり、図４に示した実施例２は、多数の区間を対象にした実用的なものである。
なお、ここで述べる実施例は、軌道回路のうちＳＭＥＴと呼ばれるものに適合させたものであり、ＳＭＥＴとは、８３／１００Ｈｚ軌道回路のＩＮＶや分周軌道回路の大形分周器で必要な電源装置を安価にするため、軌道に時分割送信して６軌道回路を１送信器に集約したものである。
【実施例１】
【００１４】
本発明の軌道回路故障部位特定装置の実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、軌道回路故障部位特定装置２０の全体構造を示すブロック図であり、図２は、場合分け判別手段２９の判別手順のうち共振コンデンサＣが無い場合の判別手順を示すフローチャートであり、図３は、場合分け判別手段２９の判別手順のうち共振コンデンサＣが有る場合の判別手順を示すフローチャートである。
【００１５】
軌道回路故障部位特定装置２０の説明に先立って接続先の軌道回路１０の基本構成を説明する。軌道回路１０は、機器室の送信部１１で発生させた例えば１２０Ｈｚの交流信号を、送信ケーブル１２で現場の軌道へ伝送してからインピーダンスボンド１３を介してレール１４における両端絶縁の対象区間に対してその一端側から送り込むとともに、その対象区間の他端側からインピーダンスボンド１５を介して拾い上げ更に受信ケーブル１６にて機器室の受信部１７へ伝送してから検出し、その検出信号のレベルに応じてレール１４の対象区間における列車の有無を例えば軌道回路リレーＴＲの出力で示すものである。
【００１６】
この軌道回路故障部位特定装置２０は（図１参照）、軌道回路１０のレール１４の一区間を対象とするベーシックなものであり、軌道回路１０に接続されて例えば一定周期で測定を繰り返す測定部２１〜２３と、その測定結果に基づいて軌道回路１０の故障部位特定のための推定演算を行う解析部２４とを具えている。
測定部２１〜２３は、レール１４の対象区間を介して送受信される上述の交流信号について、送信部１１から送信ケーブル１２への送出部位の送電端電圧を測定する送電端電圧測定部２１と、その送出部位の送電端電流を測定する送電端電流測定部２２と、受信ケーブル１６から受信部１７への入力部位の受電端電圧を測定する受電端電圧測定部２３を具えている。
【００１７】
解析部２４は、適宜な演算装置と記憶装置とを具備していれば鉄道分野で多用されているフェールセーフコンピュータでも良く市販の汎用コンピュータでも良く、Ａ／Ｄ変換回路やデータ入力プログラムで具現化された回路測定データ収集手段２５と、ハードディスク等の不揮発性大容量メモリに割り付けられた測定データ記憶部２６と、何れもプログラムで具現化された平常時特性値算出手段２７と故障時特性値算出手段２８と場合分け判別手段２９とを具えている。動作指示等を与える入力装置としてのキーボードやマウスと、判別結果を提示する出力装置としてのディスプレイも、具えている。
【００１８】
測定データ収集手段２５は、送電端電圧測定部２１，送電端電流測定部２２，受電端電圧測定部２３の測定にて得られた測定値をそれぞれ送電端電圧値Ｖｓ，送電端電流値Ｉｓ，受電端電圧値Ｖｒとして入力するが、その際、送電端電圧値Ｖｓを送電端電流値Ｉｓで割って送電端インピーダンスＺｓを算出するとともに、受電端電圧値Ｖｒが既定の閾値Ｔｈを上回っているか否かに応じて列車不在線か列車在線かを示す列車不在線情報Ｔｒを演算してから、それらのデータを時刻ｔと組にして測定データ記憶部２６に追加書込するようになっている。測定データ記憶部２６は、例えば先入れ先出し方式で数日間や数周間といった長期間に亘って組データが時系列で蓄積されるようになっている。
【００１９】
測定データ収集手段２５や測定部２１〜２３は基本的に常時稼動してデータを蓄積し続けるが、平常時特性値算出手段２７と故障時特性値算出手段２８と場合分け判別手段２９は、故障に気づいた者の操作によって入力装置にて動作指示が与えられたときに動作するようになっている。その指示では、軌道回路１０に故障が無かったことが判明している平常時の初期と終期に加え、故障の発生が判明した故障時期も、手動入力にて与えられるようになっている。なお、測定データ収集手段２５が各測定値Ｖｓ，Ｉｓ，Ｖｒを入力する度にその値が既知の正常範囲に収まっているか正常範囲を逸脱したかを調べる等のことで故障の発生や平常時の初期と終期と故障時期などを自動で検知するようにしても良い。
【００２０】
平常時特性値算出手段２７は、先ず、測定データ記憶部２６をアクセスして、そこに記憶保持されている蓄積データから平常時の測定値を抽出してそれを列車在線時のデータと列車不在線時のデータとに分け、列車在線時と列車不在線の各測定値Ｖｒ，Ｚｓ毎に多数の値を一つに纏めるものであり、その際、測定値集約処理では平均値算出等を行うことで集約しながら雑音成分を抑制し、抽出処理では、時刻ｔが平常時の初期から終期までの間に入る組データから測定値を抽出し、データ分類処理では、列車在線情報Ｔｒの値で分けるが、列車在線から列車不在線へ又は列車不在線から列車在線へ変化した前後のデータを処理対象から外すことで安定状態の測定値を用いるようになっている。
【００２１】
平常時特性値算出手段２７は、次いで、列車在線時の代表値と列車不在線時の代表値とに集約された平常時の各測定値Ｖｒ，Ｚｓから判別用の基準値を幾つか求めるようになっている。具体的には、平常時かつ列車在線時の送電端インピーダンスＺｓを在線時基準インピーダンスＺａに採用し、平常時かつ列車不在線時の送電端インピーダンスＺｓを不在線時基準インピーダンスＺｂに採用し、在線時基準インピーダンスＺａを不在線時基準インピーダンスＺｂで割ることで基準インピーダンス比Ｚｃを算出し、平常時かつ列車不在線時の受電端電圧値Ｖｒを不在線時基準受信電圧Ｖｄに採用し、平常時かつ列車在線時の受電端電圧値Ｖｒを在線時基準受信レベルＶｅに採用するようになっている。
【００２２】
故障時特性値算出手段２８は、先ず、測定データ記憶部２６をアクセスして、そこに記憶保持されている蓄積データから故障時の測定値を抽出してそれを列車在線時のデータと列車不在線時のデータとに分け、列車在線時と列車不在線の各測定値Ｖｒ，Ｚｓ毎に多数の値を一つに纏めるものであり、その際、測定値集約処理では平均値算出等を行うことで集約しながら雑音成分を抑制し、抽出処理では、時刻ｔが故障時期から現在までの間に入っている組データから測定値を抽出し、データ分類処理では、列車在線情報Ｔｒの値で分けるが、列車在線から列車不在線へ又は列車不在線から列車在線へ変化した前後のデータを処理対象から外すことで安定状態の測定値を用いるようになっている。
【００２３】
故障時特性値算出手段２８は、次いで、列車在線時の代表値と列車不在線時の代表値とに集約された故障時の各測定値Ｖｒ，Ｚｓから、判別用の基準値を幾つか求めるようになっている。具体的には、故障時かつ列車不在線時の送電端インピーダンスＺｓを不在線時送電インピーダンスＺｇに採用し、不在線時送電インピーダンスＺｇを不在線時基準インピーダンスＺｂで割ることで送電インピーダンス比Ｚｈを算出し、故障時かつ列車不在線時の受電端電圧値Ｖｒを不在線時基準受信電圧Ｖｄで割ってから対数関数を適用して２０ｌｏｇ（Ｖｒ／Ｖｄ）の演算を行うことで不在線時受信レベルＶｉを算出し、正常時の列車在線時の受電端電圧値Ｖｒに対する在線時判定受信レベルＶｊに採用するようになっている。
【００２４】
場合分け判別手段２９は、上述した基準インピーダンス比Ｚｃと在線時基準受信レベルＶｅと送電インピーダンス比Ｚｈと不在線時受信レベルＶｉと在線時判定受信レベルＶｊとに基づいて場合分けを行うものであるが、更にきめ細かく場合分けするために、軌道回路１０の受信部１７が受信ケーブル１６との接続部に共振コンデンサＣを接続されているか否かを示すパラメータ設定も、参照するようになっている。
そして（図２参照）、受信部１７に共振コンデンサＣが接続されていない場合は、送電インピーダンス比Ｚｈ、不在線時受信レベルＶｉ、在線時判定受信レベルＶｊ及び在線時基準受信レベルＶｅ、送電インピーダンス比Ｚｈ及び基準インピーダンス比Ｚｃ、という順に調べて軌道回路１０の何処が故障しているかを判別するようになっている。
【００２５】
すなわち、場合分け判別手段２９は、送電インピーダンス比Ｚｈと三つの閾値“５．０”，“１．５”，“１．０”とを比較して（ステップＳ２１）、送電インピーダンス比Ｚｈが５．０以上であれば軌道回路１０のうち送信ケーブル１２が断線していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが５．０未満であって１．５以上であれれば軌道回路１０のうちレール１４が破断していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが１．５未満であって１．０以上であれば軌道回路１０のうち受信ケーブル１６が断線していると判定する。送電インピーダンス比Ｚｈが１．０未満の場合は、更に不在線時受信レベルＶｉと閾値“−４０ｄＢ”とを比較して（ステップＳ２２）、不在線時受信レベルＶｉが−４０ｄＢ以上であれば軌道回路１０のうちレール１４が短絡していると判定するようになっている。
【００２６】
不在線時受信レベルＶｉが−４０ｄＢ未満の場合、場合分け判別手段２９は、更に在線時判定受信レベルＶｊと在線時基準受信レベルＶｅとを比較して（ステップＳ２３）、在線時基準受信レベルＶｅが在線時判定受信レベルＶｊ以上であれば軌道回路１０のうち送信ケーブル１２か受信ケーブル１６が短絡していると判定する。在線時基準受信レベルＶｅが在線時判定受信レベルＶｊより小さい場合は、更に送電インピーダンス比Ｚｈと基準インピーダンス比Ｚｃとを比較して（ステップＳ２４）、送電インピーダンス比Ｚｈが基準インピーダンス比Ｚｃ以上であれば軌道回路１０のうち受信ケーブル１６が短絡していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが基準インピーダンス比Ｚｃより小さければ軌道回路１０のうち送信ケーブル１２が短絡していると判定するようになっている。
【００２７】
また（図３参照）、受信部１７に共振コンデンサＣが接続されている場合、場合分け判別手段２９は、送電インピーダンス比Ｚｈと二つの閾値“５．０”，“１．０”とを比較して（ステップＳ３１）、送電インピーダンス比Ｚｈが５．０以上であれば軌道回路１０のうち送信ケーブル１２が断線していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが５．０未満であって１．０以上であれれば軌道回路１０のうちレール１４が破断していると判定する。それから、送電インピーダンス比Ｚｈが１．０未満の場合は、更に不在線時受信レベルＶｉと閾値“−２０ｄＢ”とを比較して（ステップＳ３２）、不在線時受信レベルＶｉが−２０ｄＢ以上であれば軌道回路１０のうちレール１４が短絡していると判定するようになっている。
【００２８】
不在線時受信レベルＶｉが−２０ｄＢ未満の場合、場合分け判別手段２９は、再び送電インピーダンス比Ｚｈと閾値“０．６６５”とを比較して（ステップＳ３３）、送電インピーダンス比Ｚｈが０．６６５以上であれば軌道回路１０のうち受信ケーブル１６が断線していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが０．６６５未満の場合は更に不在線時受信レベルＶｉと閾値“−４０ｄＢ”とを比較して（ステップＳ３４）、不在線時受信レベルＶｉが−４０ｄＢ以上であれば軌道回路１０のうちレール１４が短絡していると判定し、不在線時受信レベルＶｉが−４０ｄＢ未満の場合は更に在線時判定受信レベルＶｊと在線時基準受信レベルＶｅとを比較して（ステップＳ３５）、在線時基準受信レベルＶｅが在線時判定受信レベルＶｊ以上であれば軌道回路１０のうち送信ケーブル１２か受信ケーブル１６が短絡していると判定するようになっている。
【００２９】
在線時基準受信レベルＶｅが在線時判定受信レベルＶｊより小さい場合、場合分け判別手段２９は、更に送電インピーダンス比Ｚｈと基準インピーダンス比Ｚｃとを比較して（ステップＳ３６）、送電インピーダンス比Ｚｈが基準インピーダンス比Ｚｃ以上であれば軌道回路１０のうち受信ケーブル１６が短絡していると判定し、送電インピーダンス比Ｚｈが基準インピーダンス比Ｚｃより小さければ軌道回路１０のうち送信ケーブル１２が短絡していると判定するようになっている。このような共振コンデンサＣが有る場合における後半の判別処理Ｓ３４〜Ｓ３６は、共振コンデンサＣの影響が小さいため、上述した共振コンデンサＣが無い場合における後半の判別処理Ｓ２２〜Ｓ２４と、同じになっている。
【００３０】
この実施例１の軌道回路故障部位特定装置２０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図１は、軌道回路故障部位特定装置２０を軌道回路１０に接続して使用するところのブロック図である。
【００３１】
軌道回路故障部位特定装置２０を使用して軌道回路１０の故障部位を特定させるには、予め軌道回路故障部位特定装置２０を軌道回路１０に付設して、軌道回路１０が故障するよりも前の平常時から軌道回路故障部位特定装置２０を稼動させておく。軌道回路故障部位特定装置２０の設置時には、送信部１１から送信ケーブル１２への交流信号送出部位に送電端電圧測定部２１の電圧測定用ケーブルと送電端電流測定部２２の電流測定用ケーブルを接続し、受信ケーブル１６から受信部１７への交流信号入力部位に受電端電圧測定部２３の電圧測定用ケーブルを接続し、解析部２４には共振コンデンサＣの有無を含む軌道回路構成，軌道回路長，及び送電ケーブル長を示すパラメータ値を初期設定しておく。
【００３２】
そうすると、軌道回路故障部位特定装置２０では、随時、軌道回路１０における交流信号の送電端電圧と送電端電流と受電端電圧とが測定部２１〜２３によって継続的に測定され、その測定の度にそれで得られた送電端電圧値Ｖｓと送電端電流値Ｉｓと受電端電圧値Ｖｒが、測定部２１〜２３から解析部２４に引き渡され、解析部２４において測定データ収集手段２５によって測定データ記憶部２６に蓄積される。その際、送電端インピーダンスＺｓや列車在線情報Ｔｒが演算されてから、計測値Ｖｓ，Ｉｓ，Ｖｒを取得した時刻ｔと各計測値Ｖｓ，Ｉｓ，Ｚｓ，Ｖｒ，Ｔｒとが組データにされるとともに時刻ｔや列車在線情報Ｔｒをキーにして検索可能なデータ記憶形式で蓄積される。
【００３３】
そして、軌道回路１０も軌道回路故障部位特定装置２０も稼動を続けている状況で、軌道回路１０が故障したときには、軌道回路故障部位特定装置２０に対し、その入力装置を操作して、判明している平常時の初期と平常時の終期と故障時期とを入力したうえで、故障部位特定処理の実行を指示する。この指示を受けた後は、軌道回路故障部位特定装置２０の解析部２４が自動で処理を行い、測定データ記憶部２６に保持されている蓄積データすなわち時刻ｔと送電端電圧値Ｖｓと送電端電流値Ｉｓと送電端インピーダンスＺｓと列車在線情報Ｔｒの組データの多数組集合から軌道回路１０の故障部位が推定される。
【００３４】
すなわち、平常時特性値算出手段２７によって、測定データ記憶部２６の蓄積データから平常時の各測定値Ｖｒ，Ｚｓが抽出されて代表値に纏められ、それから在線時基準インピーダンスＺａと在線時基準インピーダンスＺａｂと基準インピーダンス比Ｚｃと不在線時基準受信電圧Ｖｄと在線時基準受信レベルＶｅが算出される。また、故障時特性値算出手段２８によって、測定データ記憶部２６の蓄積データから故障時の各測定値Ｖｒ，Ｚｓが抽出されて代表値に纏められ、それと平常時特性値算出手段２７の算出値とから不在線時送電インピーダンスＺｇと送電インピーダンス比Ｚｈと不在線時受信レベルＶｉと在線時判定受信レベルＶｊが算出される。
【００３５】
さらに、場合分け判別手段２９によって、共振コンデンサＣの有無に基づく場合分けが行われてから、送電インピーダンス比Ｚｈと不在線時受信レベルＶｉと在線時判定受信レベルＶｊ及び在線時基準受信レベルＶｅと送電インピーダンス比Ｚｈ及び基準インピーダンス比Ｚｃに基づく場合分けも行われて、軌道回路１０において送信ケーブル１２とレール１４と受信ケーブル１６のうちどれが故障しているかに加え、断線等なのか短絡なのかといった故障状態も判別される。
こうして、軌道回路１０の故障部位が、推定ではあるが送信ケーブル１２，１６なのかレール１４なのかまで切り分けて特定され、出力装置に提示される。
【００３６】
また、その故障部位の推定確度は、首都圏に敷設されている標準施工の軌道を対象にして、多数の区間について確認したところ、７５％に近い良好なものであった。レール１４の軌道構成が、分岐の無い棒線でも、インピーダンスボンドの無い片分岐でも、インピーダンスボンドの有る片分岐でも、直列軌道の片分岐でも、両側で分岐しているシーサスでも、良好であった。また、レール１４の長さが５０ｍ〜６００ｍの範囲で、ケーブル１２の長さが５０ｍ〜２ｋｍの範囲で、ケーブルの電線の断面積が１．２５ｍｍ２〜１０ｍｍ２の範囲で、故障部位の推定確度は良好であることが確認できた。
【実施例２】
【００３７】
本発明の軌道回路故障部位特定装置の実施例２について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図４は、軌道回路故障部位特定装置４０の全体構造を示すブロック図である。
【００３８】
この軌道回路故障部位特定装置４０が上述した実施例１の軌道回路故障部位特定装置２０と相違するのは、軌道回路故障部位特定対象をレール１４の一区間だけでなく多数の区間に広げるために、対象区間それぞれに一つずつ測定部２１〜２３が設けられている点と、幾つかの測定部２１〜２３から測定結果をデータ収集する集約装置４１が適宜分散して設置されている点と、多数の区間を対象としてデータ蓄積と故障部位特定処理を行えるよう機能拡張されて解析部２４が装置解析部４４になっている点と、複数の集約装置４１から通信回線４２を介して伝送されて来た収集データが総て解析部４４に引き渡されるようになっている点である。このような機能拡張により実用に適うものとなっている。
【００３９】
［その他］
上記実施例では、電圧や電流を測定する対象として軌道回路の列車検知信号である交流信号を流用したが、列車検知信号から弁別される列車検知信号とは別の故障部位特定用信号を使用するようにしても良く、その場合は、故障部位特定用信号の生成送信回路や弁別受信回路が追加されて測定部２１〜２３に並設される。
また、上記実施例では測定データ収集手段２５がデータ収集のついでに送電端インピーダンスＺｓや列車在線情報Ｔｒの算出を済ませるようになっていたが、その算出処理は平常時特性値算出手段２７や故障時特性値算出手段２８が基準インピーダンス比Ｚｃや送電インピーダンス比Ｚｈの算出前に行うようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の軌道回路故障部位特定装置は、上述した軌道回路（ＳＭＥＴ）に適用が限定される訳でなく、閾値変更など軽微な修正を施すことで容易に、商用軌道回路・分倍周軌道回路・分周軌道回路などの交流軌道回路や、直流軌道回路にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…軌道回路、１１…送信部、
１２…送信ケーブル、１３…インピーダンスボンド、１４…レール、
１５…インピーダンスボンド、１６…受信ケーブル、１７…受信部、
２０…軌道回路故障部位特定装置、
２１…送電端電圧測定部、２２…送電端電流測定部、
２３…受電端電圧測定部、２４…解析部、２５…測定データ収集手段、
２６…測定データ記憶部、２７…平常時特性値算出手段、
２８…故障時特性値算出手段、２９…場合分け判別手段、
４０…軌道回路故障部位特定装置、
４１…集約装置、４２…通信回線、４４…解析部、
Ｃ…共振コンデンサ、Ｖｓ…送電端電圧値、Ｉｓ…送電端電流値、
Ｚｓ…送電端インピーダンス、Ｖｒ…受電端電圧値、
Ｔｒ…列車在線情報、Ｚａ…在線時基準インピーダンス、
Ｚｂ…不在線時基準インピーダンス、Ｚｃ…基準インピーダンス比、
Ｖｄ…不在線時基準受信電圧、Ｖｅ…在線時基準受信レベル、
Ｚｇ…不在線時送電インピーダンス、Ｚｈ…送電インピーダンス比、
Ｖｉ…不在線時受信レベル、Ｖｊ…在線時判定受信レベル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道回路に接続されて前記軌道回路の送電端電圧および送電端電流と前記軌道回路の受電端電圧とを継続的に測定する測定部と、その測定で得た測定値を測定データ記憶部に蓄積する測定データ収集手段と、その蓄積データから平常時かつ列車不在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した不在線時基準インピーダンスを求める平常時特性値算出手段と、前記蓄積データから故障時かつ列車不在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した不在線時送電インピーダンスを求めるとともにそれと前記不在線時基準インピーダンスとの比に対応した送電インピーダンス比を求める故障時特性値算出手段と、前記送電インピーダンス比と閾値との大小に基づいて前記軌道回路の送信ケーブル断線とレール破断と受信ケーブル断線と短絡故障を判別する場合分け判別手段とを備えている軌道回路故障部位特定装置。
【請求項２】
前記平常時特性値算出手段が前記蓄積データから平常時かつ列車不在線時の測定値を抽出して受電端電圧値に対応した不在線時基準受信電圧を求めるものであり、前記故障時特性値算出手段が前記蓄積データから故障時かつ列車不在線時の受電端電圧値を抽出してそれと前記不在線時基準受信電圧との比に対応した軌道回路故障時受信レベルを求めるものであり、前記場合分け判別手段が短絡故障と判別したとき更に前記軌道回路故障時受信レベルと閾値との大小に基づいて前記軌道回路のレール短絡を判別するものであることを特徴とする請求項１記載の軌道回路故障部位特定装置。
【請求項３】
前記平常時特性値算出手段が前記蓄積データから平常時かつ列車在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した在線時基準インピーダンスを求めるとともにそれと前記不在線時基準インピーダンスとの比に対応した基準インピーダンス比を求めるものであり、前記場合分け判別手段が短絡故障と判別したとき更に前記送電インピーダンス比と前記基準インピーダンス比との大小に基づいて前記軌道回路のレール短絡と送信ケーブル短絡と受信ケーブル短絡を判別するものであることを特徴とする請求項２記載の軌道回路故障部位特定装置。
【請求項１】
軌道回路に接続されて前記軌道回路の送電端電圧および送電端電流と前記軌道回路の受電端電圧とを継続的に測定する測定部と、その測定で得た測定値を測定データ記憶部に蓄積する測定データ収集手段と、その蓄積データから平常時かつ列車不在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した不在線時基準インピーダンスを求める平常時特性値算出手段と、前記蓄積データから故障時かつ列車不在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した不在線時送電インピーダンスを求めるとともにそれと前記不在線時基準インピーダンスとの比に対応した送電インピーダンス比を求める故障時特性値算出手段と、前記送電インピーダンス比と閾値との大小に基づいて前記軌道回路の送信ケーブル断線とレール破断と受信ケーブル断線と短絡故障を判別する場合分け判別手段とを備えている軌道回路故障部位特定装置。
【請求項２】
前記平常時特性値算出手段が前記蓄積データから平常時かつ列車不在線時の測定値を抽出して受電端電圧値に対応した不在線時基準受信電圧を求めるものであり、前記故障時特性値算出手段が前記蓄積データから故障時かつ列車不在線時の受電端電圧値を抽出してそれと前記不在線時基準受信電圧との比に対応した軌道回路故障時受信レベルを求めるものであり、前記場合分け判別手段が短絡故障と判別したとき更に前記軌道回路故障時受信レベルと閾値との大小に基づいて前記軌道回路のレール短絡を判別するものであることを特徴とする請求項１記載の軌道回路故障部位特定装置。
【請求項３】
前記平常時特性値算出手段が前記蓄積データから平常時かつ列車在線時の測定値を抽出して送電端電圧値と送電端電流値との比に対応した在線時基準インピーダンスを求めるとともにそれと前記不在線時基準インピーダンスとの比に対応した基準インピーダンス比を求めるものであり、前記場合分け判別手段が短絡故障と判別したとき更に前記送電インピーダンス比と前記基準インピーダンス比との大小に基づいて前記軌道回路のレール短絡と送信ケーブル短絡と受信ケーブル短絡を判別するものであることを特徴とする請求項２記載の軌道回路故障部位特定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２０７４４９（Ｐ２０１１−２０７４４９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７９６４１（Ｐ２０１０−７９６４１）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（０００２０７４７０）大同信号株式会社 (83)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（０００２０７４７０）大同信号株式会社 (83)
【Ｆターム（参考）】
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