以下に添付図面を参照して、本発明にか� ��る時刻同期システムおよび時刻同期方法の� ��施の形態を図面に基づいて詳細に説明する� ��なお、以下の実施の形態により本発明が限� ��されるものではない。

(時刻同期機能を有する列車の概略構成)
 図1は、本発明の実施の形態にかかる時刻同 期機能を提供する監視制御装置が搭載された 列車の概略構成を示す図である。同図に示す 例では、2両単位で構成された車両群11-1(Marrie d_pair_1)および車両群11-2(Married_pair_2)が自動連� ��器(Automatic Coupler)12を介して連結された列車 10を構成してなり、列車10の各車両には、信� �変換機能を有するノード装置(Node)15ならびに 、本実施の形態にかかる時刻同期機能を含み 、車両内および車両間の通信(列車内の通信)� ��制御する機能と、各車両内の各種機器の状� ��を管理する機能と、を有するコントローラ( CNC)16を備えた監視制御装置14(14-1,14-2)が搭載� �れている。各車両に搭載された監視制御装� �14は、伝送路17を介して接続され、列車10に� �ける二重系(冗長系)ネットワークである車両 間ネットワーク(TN-1,TN-2)を構成する。なお、� ��車両内には、車両間ネットワークとは異な� ��車両内ネットワーク(CN)が構成されるが、こ の車両内ネットワーク(CN)は、コントローラ16 およびノード装置15を介して車両間ネットワ� ��ク(TN-1,TN-2)に接続される。

 なお、図1およびこれ以降説明する図2で� �、2両単位で構成される車両群が複数個連結� ��れて構成される列車編成を一例として示し� ��いるが、単一構成の車両が複数個連結され� ��構成される列車編成であっても、本実施の� ��態にかかる時刻同期装置および時刻同期方� ��を適用できることは無論である。また、シ� ��テムの構成についても、車両間ネットワー� ��(TN-1,TN-2)ならびにノード装置15およびコント ローラ16を二重系で構成する例を示している� ��、単系で構成してもよいことは無論である� ��

(監視制御装置の構成)
 つぎに、監視制御装置の構成および接続形� ��について図2を参照して説明する。図2は、� �実施の形態にかかる時刻同期機能を提供す� �監視制御装置の構成および接続形態を示す� �である。図2において、監視制御装置14は、� �重系(主系、従系)の一方を構成するノード装 置15-1、二重系の他方を構成するノード装置15 -2、ノード装置15-1,15-2にそれぞれ接続される� ��ントローラ16-1,16-2などを備えて構成される� ��また、監視制御装置14には、例えばシリア� �回線23~27が構成される。ここで、シリアル回 線23(23-1,23-2)は、自動連結器12に接続され、こ の自動連結器12の電気的接点を介して隣接す� ��他の車両群のノード装置との通信を行うた� ��のインタフェースを提供し、シリアル回線2 4(24-1,24-2)は、同一車両群内の他の車両のノー ド装置との通信を行うためのインタフェース を提供する。両者はともに、上述した車両間 ネットワーク(TN-1,TN-2:Train_Network)の一通信機� �を担う構成部となる。一方、シリアル回線25 は、運転制御台28への運転制御情報(ブレーキ 指令、速度情報、ドアの開閉情報)などを伝� �するためのインタフェースを提供し、シリ� �ル回線26は、ノード装置15とコントローラ16� �が所定プロトコルで通信を行うためのイン� �フェースを提供する。また、シリアル回線27 は、例えばGPS受信器48に接続される通信制御� ��置30の他、電源装置32、ブレーキ制御装置34� ��推進制御装置36、空調装置40、自動列車制御 (ATC)装置42、ドア装置44、トイレ装置46を含む� ��載機器との間の通信を行うためのインタフ� ��ースを提供する。これらのシリアルインタ� ��ェースは、上述した車両内ネットワーク(CN: Car_Network)内の一通信機能を担う構成部となる 。

 ノード装置15-1,15-2はそれぞれ独立した装� ��であり、ノード装置15-1は、シリアル回線23- 1,24-1にそれぞれ接続され、ノード装置15-2は� �シリアル回線23-2,24-2にそれぞれ接続される� �各ノード装置15間のデータ伝送には、例えば HDLC信号が用いられ、ノード装置15とコントロ ーラ16との間のデータ伝送には、例えばイー� ��ネット(登録商標)信号が用いられる。

 なお、本実施の形態では、ノード装置15� �、信号品質の比較的低い信号が流れる車両� �ネットワークと信号品質の比較的高い信号� �流れる車両内ネットワークとの間で、安定� �つ確実な通信を行うため、これらの信号間� �信号変換を行うコンバータ(CONV)21a,21bを有す� ��ように構成しているが、信号品質が問題と� ��らない場合には、これらのコンバータ21a,21b を設ける必要はない。この場合、シリアル回 線23,24とシリアル回線26とでは、同一のプロ� �コルの信号を用いることができる。

(時刻同期機能の概念)
 つぎに、時刻同期機能の概念について図3の 図面を参照して説明する。ここで、図3は、� �実施の形態にかかる時刻同期機能の概念を� �層構造で示した図である。

 本実施の形態にかかる時刻同期機能を実� ��する際、各車両における監視制御装置14、� �よび監視制御装置14に接続される車載機器(� �2参照)には、所定の地位および、当該地位に 応じた役割が与えられる。具体的には、監視 制御装置14には、図3に示すような、階層構造 の最上位に位置する列車時計局(1次局)または 階層構造の中位に位置する車両時計局(2次局) の地位が与えられる。また、車載機器には、 図3に示すような、階層構造の下位に位置す� �補正情報待ち受け局(3次局)の地位が与えら� �る。したがって、一つの監視制御装置に列� �時計局としての地位が与えられるとき、列� �時計局の地位が与えられなかった残りの監� �制御装置には、車両時計局の地位が与えら� �、監視制御装置に接続される車載機器は全� �、補正情報待ち受け局の地位が与えられる� �なお、自車両の監視制御装置が列車時計局� �割り当てられた場合、当該監視制御装置は� �列車時計局(1次局)および車両時計局(2次局)� �両者の地位が与えられる。このような地位� �与えられた結果、列車時計局(1次局)と車両� �計局(2次局)との間の通信は、車両間ネット� �ーク(TN)を介して行われ、列車時計局(2次局)� ��補正情報待ち受け局(3次局)との間の通信は� ��車両内ネットワーク(CN)を介して行われるこ とになる。

 なお、列車時計局および車両時計局とし� ��の機能は、監視制御装置14に具備されるコ� �トローラ16-1またはコントローラ16-2のうちの 何れか一方が、その機能を果たせばよい。こ の場合、どちらのコントローラが、列車時計 局および/または車両時計局になってもよく� �例えば二重冗長系において、主系として動� �しているコントローラを選定してもよいし� �あるいは処理負荷を分散する意味で従系と� �て動作しているコントローラを選定しても� �い。また、コントローラ16-1またはコントロ� ��ラ16-2において、コントローラ16-1が列車時� �局および車両時計局の双方の機能を果たす� �合には、コントローラ16-2は補正情報待ち受� ��局として位置づけられることになる。

(時刻同期機能に基づく動作)
 つぎに、時刻同期機能に基づく動作につい� ��図4および図5の各図面を参照して説明する� �ここで、図4は、列車時計局、車両時計局お� ��び補正情報待ち受け局の機能構成を示すブ� ��ック図であり、図5は、列車時計局、車両時 計局および補正情報待ち受け局による時刻補 正処理の処理フローを示すフローチャートで ある。

 まず、列車内における監視制御装置の中� ��ら「列車時計局」1台を選択・決定する(ス� �ップ11)。次いで、各車両内における監視制� �装置の中から「車両時計局」1台を選択・決� ��する(ステップS12)。列車時計局は、例えばGP S受信器48(図2参照)を通じて時刻情報を取得し 、取得した時刻を基準時刻として自身の時刻 補正を行うとともに、時刻補正に必要な補正 情報を含ませたメッセージ(以下「第1の時刻� ��正情報メッセージ」という)を生成して車両 時計局に送信する(ステップS13)。この処理は� ��列車時計局50における時刻補正部52および時 刻補正情報メッセージ生成部54にて実行され� ��(図4参照)。列車時計局からの第1の時刻補正 情報メッセージを受信した車両時計局は、自 局の時刻補正を実施するとともに(ステップS1 4)、補正情報待ち受け局に送信するための時� ��補正情報メッセージ(以下「第2の時刻補正� �報メッセージ」という)を生成して当該補正� ��報待ち受け局に送信する(ステップS15)。こ� �処理は、車両時計局60における時刻補正部62� ��よび時刻補正情報メッセージ生成部64にて� �行される(図4参照)。車両時計局からの第2の� ��刻補正情報メッセージを受信した補正情報� ��ち受け局は、自局の時刻補正を実施する(ス テップS16)。この処理は、補正情報待ち受け� �70における時刻補正部72にて実行される(図4� �照)。その後、上記ステップS13~S16の処理が、 一定周期で繰り返されることにより、列車内 に存在する時計機能を有する全ての機器に対 する時刻補正が定期的に実行される。

 なお、上記の処理において、列車時計局� ��ら車両時計局に対して送信される時刻補正� ��報メッセージおよび車両時計局から補正情� ��待ち受け局に対して送信される時刻補正情� ��メッセージに含まれる補正情報としては、� ��信側において時刻補正を行うことができる� ��報であればどのような情報であっても構わ� ��い。最も簡単な例であれば、基準時刻その� ��のを送信することができる。

 また、本実施の形態では、列車時計局が� ��う時刻補正および時刻補正情報メッセージ� ��生成処理として、GPS受信器からの情報を用� ��る場合を一例として示したが、GPS受信器以� ��から取得した時刻情報を用いることでもよ� ��、例えば放送局や電波時計などの時刻情報� ��、不図示の手動入力装置からの入力情報な� ��を用いてもよい。

 また、上記のステップS13,S15の各処理では 、列車時計局から車両時計局に対して時刻補 正情報メッセージを送信する周期、および車 両時計局から補正情報待ち受け局に対して時 刻補正情報メッセージを送信する周期を同一 としているが、車両間ネットワークおよび車 両内ネットワークに流れるメッセージの量(� �に、車両内ネットワーク)を削減するため、� ��るいは車両時計局の負荷を軽減するため、� ��れらの周期を異ならせるようにしてもよい� ��

 図6は、車両時計局に対する時刻補正情報 メッセージの送信周期と、補正情報待ち受け 局に対する時刻補正情報メッセージの送信周 期とを異ならせた場合の時刻補正の偏差を説 明するための図であり、より詳細には、車両 時計局に対する時刻補正情報メッセージの送 信周期を10msとし、補正情報待ち受け局に対� �る時刻補正情報メッセージの送信周期を100ms とした場合を示している。

 図6において、列車時計局は車両時計局に 対して10msの周期間隔で時刻補正情報メッセ� �ジを送信する。この場合、伝送時間を無視� �れば(※伝送時間は短いので無視することが� ��能)、列車時計局と車両時計局との間におけ る時刻補正の偏差は、最大で10msとなる。一� �、車両時計局は補正情報待ち受け局に対し� �100msの周期間隔で時刻補正情報メッセージを 送信する。この場合、伝送時間を無視すれば 、車両時計局と補正情報待ち受け局との間に おける時刻補正の偏差は、最大で100msとなる� ��その結果、列車時計局と補正情報待ち受け� ��との間における時刻補正の偏差は、最大で1 10ms(=10+100)となる。なお、この110msという時刻 偏差は最大の偏差を表すものであり、一定周 期で定期的に時刻補正を行うことにより、実 際の時刻偏差を110ms以下に抑え込むことが可� ��となる。

 なお、時刻補正の際に、時差や、サマー� ��イム(デイタイム)などを考慮する必要があ� �場合には、送信側(列車時計局)において、こ れらの情報が付加された時刻補正情報メッセ ージを作成し、送信するようにしてもよい。 また、基準時刻を送信し、受信側において、 地域情報やカレンダー情報などを参照し、所 望する時刻に変換するようにしてもよい。

 以上説明したように、本実施の形態にか� ��る時刻同期システムによれば、列車を構成� ��る各車両ごとに配置される監視制御装置同� ��を結ぶ車両間ネットワークおよび前記各車� ��に搭載される車載機器と各監視制御装置と� ��結ぶ車両内ネットワークにおけるそれぞれ� ��通信機能を活用し、階層構造の最上位に位� ��付けられ、列車の基準時刻を付与するべく� ��車内における各監視制御装置の中から選択� ��れた列車時計局と、階層構造の中位に位置� ��けられ、列車内における前記各監視制御装� ��の中から選択された車両時計局と、がそれ� ��れ設定されるとともに、その他の機器は階� ��構造の最下位に位置付けられる補正情報待� ��受け局として設定され、列車時計局は、任� ��に取得した時刻情報を基準時刻として自局� ��時刻補正を適宜行い、車両時計局は、列車� ��計局から送信された第1の時刻補正情報メッ セージに基づいて自局の時刻補正を行い、補 正情報待ち受け局は、車両時計局から送信さ れた第2の時刻補正情報メッセージに基づい� �自局の時刻補正を行うようにしているので� �列車に搭載される多数の車載機器に対する� �刻同期を簡易かつ確実に行うことが可能と� �る。

 また、本実施の形態にかかる時刻同期方� ��によれば、列車を構成する各車両ごとに配� ��される監視制御装置同士を結ぶ車両間ネッ� ��ワークおよび各車両に搭載される車載機器� ��各監視制御装置とを結ぶ車両内ネットワー� ��におけるそれぞれの通信機能を活用し、階� ��構造の最上位に位置付けられ、列車の基準� ��刻を付与するべく列車内における各監視制� ��装置の中から選択された列車時計局と、階� ��構造の中位に位置付けられ、列車内におけ� ��各監視制御装置の中から選択された車両時� ��局と、階層構造の最下位に位置付けられ、� ��車時計局および車両時計局の何れにも選択� ��れていない各監視制御装置および車載機器� ��もって構成される補正情報待ち受け局と、� ��それぞれ設定され、列車時計局によりなさ� ��るステップとして、任意に取得した時刻情� ��を基準時刻として自局の時刻補正を適宜行� ��、補正された基準時刻に基づいて車両時計� ��に時刻補正を行わせるための第1の時刻補正 情報メッセージを生成し、生成された第1の� �刻補正情報メッセージを車両時計局に送信� �、また、車両時計局によりなされるステッ� �として、列車時計局から送信された第1の時� ��補正情報メッセージを受信し、第1の時刻補 正情報メッセージに基づいて自局の時刻補正 を行い、補正された自局の時刻に基づいて補 正情報待ち受け局に時刻補正を行わせるため の第2の時刻補正情報メッセージを生成し、� �成された第2の時刻補正情報メッセージを補� ��情報待ち受け局に送信し、また、補正情報� ��ち受け局によりなされるステップとして、� ��両時計局から送信された第2の時刻補正情報 メッセージを受信し、第2の時刻補正情報メ� �セージに基づいて自局の時刻補正を行うよ� �にしているので、列車に搭載される多数の� �載機器に対する時刻同期を簡易かつ確実に� �うことが可能となる。

 また、本実施の形態にかかる時刻同期装� ��および時刻同期方法によれば、車両間ネッ� ��ワークおよび車両内ネットワークという階� ��的ネットワークでの周期的なメッセージ交� ��を行っているので、補正対象の車載機器に� ��ける時刻誤差が伝送遅れ時間と時刻データ� ��分解能によって決定される。その結果、車� ��機器における時刻誤差のバラツキが小さく� ��り、車両内および列車内の各機器における� ��刻誤差が均一化されるという効果が得られ� ��。なお、この効果は、車載機器に故障や異� ��が発生した場合の解析に、非常に有効とな� ��。

 なお、階層的ネットワークでの周期的な� ��ッセージ交換は、一般的な監視制御装置が� ��本的に備えている機能である。このため、� ��実施の形態にかかる時刻補正機能の構築に� ��し、構成部の追加や、大がかりなソフト改� ��等は不要であり、コストの増加を抑制可能� ��システム構成とすることができる。

 また、列車における車両の分離・併結あ� ��いは車載機器における起動・停止などに伴� ��て、ネットワークに接続される機器の構成� ��ダイナミックに変更されることもあるが、� ��のような場合であっても、上記した処理手� ��を変更する必要はない。このため、処理の� ��雑さを生じさせない簡易なシステム構成と� ��ることができる。