Highway - safety system in the plane intersection of railway

本発明は全体としては鉄道の安全システムに関し、より具体的にはハイウェイ−鉄道の平面交差点における安全システムに関する。

ハイウェイ−鉄道の平面交差点は、政府、鉄道やその他の輸送産業、地域共同体や一般の市民にとって大きな安全面の懸念である。 毎年世界各地で多くの事故が発生し、これら事故で多数の人命が失われている。 政府、地域共同体や鉄道各社は、毎年数百万ドルを費やしてハイウェイ−鉄道の平面交差点の安全性を改善している。

レーザビーム走査、超音波反射、ビデオカメラなどの各種方法を使用して、ハイウェイ−鉄道の交差点にある物体を検出しているが、いずれの方法も効果的な解決策になっていない。 例えば、これら方法に共通する問題は、天候が悪化すると、感度や精度が著しく低下することである。 加えて、ビデオ技術を効果的にするためには、始終人間が監視する必要がある。

本発明では、（圧力計、電気／機械式歪み計、光ファイバーセンサなどの）センサを鉄道平面交差点の舗装道路やその他のプラットフォーム下に設置し、平面交差点にある物体や、移動する物体を検出する。 この方法を利用すると、このような物体が存在すると、警告信号が発信され、進入列車の運転手などがこれを直接視認できるか、あるいは安全な距離にある通信チャンネルを通じて受信できるため、所定の安全な時間内にこの物体が平面交差点から排除されない場合に的確な措置を取ることができる。

このように、本発明の課題は、ハイウェイ−鉄道の平面交差点の安全性を確保する危険緩和システム（以下安全システムと呼ぶ）を提供することである。

即ち、本発明の一つの好適な実施態様は、ハイウェイ−鉄道の平面交差点内の物体を原因とする潜在的な危険を排除する安全システムに関する。 固定された土台およびこの土台上に緩衝的に設置された表面層を有する構造体である。 この構造体は、平面交差点の線路間に設置する。 表面層と土台との間に少なくとも一つのセンサを取り付け、表面層上の物体の重量を検出し、この重量を表すセンサ信号を発信する。 所定の制御装置がセンサ信号を受信処理し、物体が潜在的に危険であるかどうかを判定し、危険である場合には、警告信号を出力する。

重量のバラツキがかなり大きい物体、即ち平面交差点に進入してくる列車によってそれ自体が危険な状態に陥る物体、あるいは平面交差点に進入することによって列車を危険な状態に陥らせる物体の両者を検出し、検出信号を発信できる作用効果がある。

また、平面交差点にある静止物体、あるいは移動する物体を検出し、検出信号を発信できる作用効果がある。

物体による作用全体またはその一部を検出できるように構成を変更でき、また複数のセンサを設置し、複数の平面交差点またはその一区間を簡単に監視できるように構成を変更できる作用効果がある。

さらに、耐久性があり、かつ平面交差点で発生する各種の不利な状況にもかかわらず良好に機能を発揮し続けるセンサを利用できる作用効果がある。

またさらに、光ファイバー技術を利用できるため、本システムの構成部品を電気的干渉の影響から保護でき、システムの重要なセンサ部品を電気的にではなく、光学的に接続できるため経済的に有利であり、またシステムの最終的なセンサ信号処理および警告信号発生部品からかなりの距離をおいてこのような接続を実現できる作用効果がある。

以上の、また他の本発明の課題および作用効果については、当業者ならば、以下に説明し、また添付図面に示された本発明の最良の実施態様の説明、および好適な実施態様の産業上の利用分野に関する説明から理解できるはずである。

本発明の好適な実施態様は、ハイウェイ−鉄道の平面交差点において安全を確立するための装置および方法に関する。 各図面において、特に図１において、参照符号１０は本発明の好適な実施態様を示す。

図１は、本発明の安全システム１０の基本構成を示す横断概略図である。 道路１４が鉄道線路１６と交差する鉄道平面交差点１２において、安全システム１０を使用する。 特に、この平面交差点１２は、道路１４の車両が線路１６を横断する舗装その他の形態のプラットフォーム（以下、まとめてプラットフォーム１８と呼ぶ）を有する。 このプラットフォーム１８は、各種の形態を取ることができる。 図１に示すものは、簡単な構成の例であり、コンクリート、ゴムその他の材料、ここでは鋼からなる表面層１８ａを有する。 さらに、図１に示すプラットフォーム１８はコンクリート製の土台１８ｂを有する。 なお、土台には、他の材料も使用できる。

安全システム１０には、プラットフォーム１８上にある物体２２（図１に太い矢印で示す）を検出するために一つか、あるいは代表的には２つの以上のセンサ２０を設置する。 このような物体２２が交差点１２内にあると、その重量がプラットフォーム１８の表面層１８ａに下向きの力（圧力）に加え、この力がセンサ２０に伝わる。 すると、センサ２０がこの力の量を測定し、物体２２の重量を示す信号を発信する。 この信号は、近くにある処理装置（例えば図１３を参照）に送られる。 好ましい構成では、この処理装置が、物体２２の推定移動速度を計算し、平面交差点１２に接近する列車（やその他の線路１６を走行する車両）にとって条件が安全であるかどうかを決定する。 存在する物体２２の速度が、物体２２自体や進入してくる列車にとって危険なほど遅いと判定された場合には、処理装置が、列車の運転士やその他の関係する者に警告を発する。

安全システム１０に利用するセンサ２０としては、圧力計２０ａ、機械式歪み計２０ｂ、および光ファイバーセンサ２０ｃの三種類を使用することができる。

図１には、交差点１２にある一つか二つ以上の物体２２を検出するために３つの圧力計２０ａを使用した状態を示す。 この構成の場合、図示のように、プラットフォーム１８の表面層１８ａの真下に一つか二つ以上の圧力計２０ａを設置できる。 各圧力計２０ａが付近の局地的圧力を測定する。 表面層１８ａの性質に応じて、物体２２の重量は、表面層１８ａの全体に均一に分布するか、あるいはその一つか二つ以上の部分に分散する。 重量が均一に分布している場合には、圧力計２０ａが測定した圧力が、物体２２の重量の平均値になる。 重量が分散している場合には、表面の分散点あるいは複数の分散点が分散圧力になり（即ち、表面層１８ａが多数の分散点に効果的に分割される）、各圧力計２０ａが、各分散点内の圧力を測定する（例えば図４ａ、４ｂ、４ｃも参照）。

ほとんどの圧力計２０ａが電子装置であるため、電源および処理装置（例えば図１３を参照）に電気接続するために電気配線が必要である。 ここでは、＋Ｖ、接地、信号の少なくとも三種類の導線が必要である。

使用する処理装置が、測定指令、データの獲得、計算の実施、警告信号の出力、および通信機能の実行を行うミニコンピュータまたはマイクロコンピュータを有することが好ましい。 処理装置、電源、およびその他のオプション装置については、平面交差点周囲の領域、付近の駅、または中央または便利な場所に設置できるカードケージに収める（即ち、ハウジングに収めた制御ユニットからなる）ことが好ましい。 設置場所については、電力送電、獲得信号の発信、装置の任意の、あるいは意図的な不正使用からの保護などを考慮する必要がある。 なお、これらは例示である。 警告の方法、データ獲得、通信機能の詳細については以下に述べる。

図２、図３および図４は、物体２２の検出するために、歪み計２０ｂ（電気式または機械式歪み計）が安全システム１０においてどのように作動するかを説明するいくつかの実例を示す横断概略図である。 これら実例において重要な点は、プラットフォーム１８上の物体２２の重量によって、歪み計２０ｂの一つまたはそれ以上が作動する点である。

図２に、クロスバー３２をばね３４によって接続した支持構造体３０に歪み計２０ｂを配設した安全システム１０の一例を示す。 歪み計２０ｂを作動させるために、支持構造体３０の一端にテンションワイヤ３６を取り付ける。

この例でも、プラットフォーム１８は表面層１８ａおよび土台１８ｂからなり、いずれもコンクリートに埋設した鋼タブである。 使用するテンションワイヤ３６としては、低熱膨張性のもの（例えば、ＩｎｖａｒまたはＫｏｖａｒ）が好ましく、各種物体２２の望ましい範囲にある重量が、歪み計２０ｂを確実に作動させるように、予めテンションを加えておく。 なお、一つの支持構造体３０および一つの歪み計２０ｂのみを図２に示してあるが、二つ以上であってもよい（例えば図８ｂを参照）。

図３ａおよび図３ｂに、プラットフォーム１８上の物体２２を検出するために使用する本発明の別な例の安全システム１０の作動前、および作動時の状態を示す。 この実施例の場合、図示のように、簡単な構成のゴムクッション４２を使用できる緩衝構造体４０内に２つの歪み計２０ｂを設置している。 土台１８ｂの両側に取り付けた歪み計２０ｂは、それぞれ表面層１８ａ（ここでは剛性のある鋼プレートを使用する）に取り付けたテンションワイヤ４４によって作動する。 歪み計２０ｂは、図示のように、電気配線４６によって“配線”し、給電するとともに、信号を歪み計２０ｂから処理装置（図示せず）に戻すようにしている。

ここでも、テンションワイヤ４４としては、所望に応じて予めテンションをかけておく低熱膨張性のものを使用するのが好ましい。 緩衝構造体４０については一つのみを使用しているが、これ以上多くてもよく、あるいは一つの緩衝構造体に三つ以上の歪み計２０ｂを取り付けることができ、いずれも作業は簡単である。

図４ａ、図４ｂおよび図４ｃに、プラットフォーム１８上にある物体２２を検出するために使用する本発明の別な例の安全システム１０の作動前、および作動時の状態を示す。 この実施例の場合、表面層１８ａとして作用する可撓性の鋼プレートと土台１８ｂを構成する中空ポスト部材との間において取り付け構造体５０に三つの歪み計２０ｂを配置する。 歪み計２０ｂは、土台１８ｂのポスト部材に取り付け、適当なテンションワイヤ５２によって表面層１８ａに取り付ける。

図２、図３および図４に示す実施例の場合、機械的には図１の実施例よりも格段に複雑であるが、いずれも、同じ基本的な原理が適用されている。

三種類のセンサ２０のいずれかを使用する本発明の構成はいずれも同様に適用でき、列車が進入してくる際に平面交差点１２から障害物を取り除くことを確実に実施できる。 このように同じ原理を適用しているため、また鉄道の分野においては、光ファイバー技術にそれほど馴染みがないと考えられるため、ここで、光ファイバーセンサを使用する構成について詳しく説明することにする。 なお、適用するセンサ技術を除けば、基礎となる原理および構造的構成は本発明の全体において本質的に同じであり、従って以下の説明の大部分はそのまま本発明に全体に当てはまる。

Ｉ． 光ファイバーセンサおよび検出器
光ファイバー技術を利用する本発明の安全システム１０のいくつかの構成について説明するが、全体の機構は、三つの基本的要素、即ち光ファイバーセンサおよび検出器、平面交差点構造体、信号発信、信号伝達および信号出力処理装置からなる。

電気式センサ（例えば上記の圧力計２０ａ）または機械式センサ（例えば上記の歪み計２０ｂ）の代わりに、光ファイバーセンサ２０ｃを利用する。 この場合、光は光ファイバーを伝播するので、信号伝送に電気は必要ない。 さらに、一本の光ファイバーは多くの信号を搬送でき、複数のセンサに信号を分配できる。 従って、配線量を大幅に減らすことができる上に、電気的な干渉の恐れを排除できる。 また、光ファイバーは錆の発生もなく、湿気のある環境で簡単には劣化しない作用効果もある。 加えて、光信号はきわめて便利な方法で多重化でき、また多重分離できる。

本発明では、複数形式の光ファイバーセンサを利用できる。 いくつかを例示すれば、ファイバーブラグ格子、光ファイバーファブリー・ペロ格子、マッハ・ツェンダー干渉計、フィゾー干渉計、光ファイバーマイケルソン干渉計などである。 これら形式の光ファイバーセンサの場合いずれもセンサ２０が物体２２の重量による物理的な寸法変化を受ける前、そして受けた後の光周波数シフトを比較できる。

説明を簡単にするため、以下、ファイバーブラッグ格子（ＦＢＧ）を光ファイバーセンサ２０ｃに適用した実施例に絞って説明する。 この形式のセンサ技術を利用する構成の原理を理解できると、当業者ならば、いつこれを適用すればよいかを、また他の形式の光ファイバーセンサの利用の仕方を理解できるようになる。

ここで使用する光ファイバーセンサ２０ｃは、鉄道の平面交差点１２のプラットフォーム１８に取り付けた、あるいは埋設したＦＢＧ形センサであり、十分な数のセンサ２０を使用して平面交差点１２全体を監視する。

図５ａおよび図５ｂは、安全システム１０の光ファイバーセンサ２０ｃに使用できるＦＢＧ装置１００の構造および動作を説明する簡単な概略図である。 図５ａは、力が作用する前のＦＢＧ装置１００を示す図であり、そして図５ｂは、力が作用した後のＦＢＧ装置１００を示す図である。

便宜上、本実施例におけるＦＢＧ装置１００は、取り付けブロック１０６内に保持した光ファイバー１０４と一体的なＦＢＧ領域１０２からなるものとする。 ＦＢＧの場合、この方法で光ファイバーにおいて製造されることが多い。 あるいは、離散配置し、光ファイバーによって接続することも可能である。 光ファイバーの必要な総数および異なる各長さを考慮した場合、安全システム１０の多くの実施例では、光ファイバーで接続した離散配置ＦＢＧを使用することができる。 これは、本質的に、設計選択の問題である。

使用するにあたっては、光源、通常は処理装置におけるレーザ（例えば次に説明する図６および図７を参照）が、図５ａおよび図５ｂにおける一つ以上の光波長例えばλ _１ 、λ _２ 、・・・λ _ｎ 、λ _ｘをもつ光ビーム１０８を出力する。 安全システム１０の場合、光ビームの例えば波長λ _ｎに最初に共振するように、ＦＢＧ装置１００を構造体に取り付ける。 この光ビーム１０８は、光ファイバー１０４を介してＦＢＧ領域１０２に送られる。

図５ａおよび図５ｂにまとめて示すように、ある特定の光波長がある特定のＦＢＧ領域１０２に共振すると、光ビーム１０８の波長が（λ _ｎ ）の部分が、光ビーム１０８が入射する光路にそって反射ビーム１０８ａとして反射する。 これ以外の光波長例えばλ _１ 、λ _２ 、・・・λ _ｘは、共振せず、代わりに通過ビーム１０８ｂとしてＦＢＧ領域１０２を通過する。 入射光／反射光（ビーム１０８、１０８ａ）の光路内にビームスプリッタまたはカップラを設けた場合には、反射ビーム１０８ａの全部または一部が逸れて、光検出器に入射し、上記特定のＦＢＧ装置１００で反射した光に関係する信号が発信される（例えば図６および図７を参照）。

この現象に寄与するのが以下のブラッグ条件である。
λ _Ｂ ＝２ｎ _ｅｆｆ ∧
なお、ｎ _ｅｆｆは屈折率の高い材質（例えばエルビウムをドーピングしたもの）と屈折率の低い材質（例えば光ファイバー）との間の相対屈折率である。 そして∧は屈折率の高−低周期の物理的長さであり、λ _Ｂは共振波長である。

ＦＢＧ装置１００がその長手方向にそって延伸（あるいは圧縮）する（これは図５ｂの場合、左側の取り付けブロック１０６の移動によって生じる）と、∧が変化する。 例えば、ＦＢＧ領域１０２において光ファイバー１０４が延伸し、∧が１０−５変化すると、これに比例して共振波長が変化し、この変化は、光周波数における２ＧＨｚのシフトに相当する。 このような大きなシフトは、簡単に検出できる。 例えば、カリフォルニア州サンタクララのＦｉｂｅｒａ社は、この検出に好適な装置を製造している。 本発明者は、重量が軽い物体（例えば犬）から重量の重い物体（例えばトラック）にいたる重量レベルを検出するのに好適な感度をもつ光ファイバーセンサの製造については経験が豊富である。

鉄道平面交差点１２の多くは、温度変化が大きいため、ＦＢＧ装置１００による物体の検出プロセスは、多くは温度から独立している必要がある。 これに対処するために、各種の方法を利用することができる。 非熱的ＦＢＧを利用できる。 また、非―非熱的ＦＢＧも利用でき、この場合には“規格化”すればよい。 例えば、温度は、処理装置によって測定し、代償すればよい。 あるいは、二つのＦＢＧを近接配置し、異なる方法で利用することもできる。 この場合、二つのＦＢＧ領域１０２は、温度の影響を等分に受けるが、一方の領域だけが物体２２の重量の応力の受け、そして検出されたものの間に差がある場合には、これが交差点１２に存在する物体２２の重量を表す。

従って、ここでその特性を有効に利用するためには、外部から長手方向に力が作用したときに、ＦＢＧ領域１０２のピッチが変化し、これに応じてＦＢＧ装置１００の共振波長も変化するように、ＦＢＧ装置１００を配設する。 この場合、検出器がこの波長変化を検出し、変化の大きさを示す信号を発信する。 本発明の場合、上記力の発生源は、鉄道平面交差点１２に存在する物体２２の重量である。

光ファイバーセンサ構成の多くの場合、複数のセンサ２０を使用するのが好ましく、また想定されている。 この場合、複数のセンサ２０は並列接続、直列接続、あるいは“連結（Ｄａｉｓｙ ｃｈａｉｎ）”接続すればよく、あるいはこれら接続方式を組み合わせて接続してもよい。 本発明者の考えによれば、多くの場合、構成全体をより効果的にするためには、並列接続または連結接続が好ましい。

図６は、ＦＢＧ装置１００に設置した光ファイバーセンサ２０ｃ全体を並列接続（２００）した状態を示す概略図であり、そして図７は、ＦＢＧ装置１００に設置した光ファイバーセンサ２０ｃ全体を直列または連結接続（２０２）した状態を示す概略図である。 これら具体例は、本発明者が他の出願において利用したもので、各要素は新規な構成を表すものではない。 即ち、本発明は、図６および図７に示すような各要素を、安全システム１０について本明細書で説明する動作の他の要素および原理を組み合わせて使用するものである。

これら具体例で使用する光源２０４は、レーザ２０６、周波数ロッカー２０８および安定化装置２１４からなり、強度、周波数がともに安定化されている光源である。 光源２０４は、複数のセンサモジュール２１２およびフィルターモジュール２１４によって利用される光を発光する。 図６において、デマルチプレクサ（ＤＭＵＸ２１６）が、使用される複数の光波長を分離する。 図７の構成の場合には、このような分離は必ずしも必要ない。 本実施例のセンサモジュール２１２は、ＦＢＧ装置１００、温度センサ２１８、強度モニター２２０およびエルビウムでドーピング処理したファイバー増幅器（ＥＤＦＡ２２２）からなる。 強度モードで作動するフィルターモジュール２１４は、ファブリー・ペロ干渉フィルター（ＦＰＩＦ２２４）および光検出器２２６（ＰＤ）からなる。 ＦＰＩＦ２２４については、周波数ロッカー２０８と共振するように配置する。 本実施例のセンサモジュール２１２およびフィルターモジュール２１４の両者は、精巧なモジュールで、物体２２の重量に関与しない信号減衰、振動、劣化を実質的に補正し、かつ高い精度、信頼度で重量を判定できるモジュールである。 多くの場合、このような高い精度は必要なく、装置構成を簡単にできる。

ＩＩ． 平面交差点構造
図８〜１１は、本発明による鉄道平面交差点１２における構造のいくつかの実施例を示す概略図である。 本発明の目的に関する限り、これら構造は、表面層、検出層および土台からなるものとする。 全体としては、検出層は、緩衝機構から構成できる。 この緩衝機構の場合、弾性と剛性とがバランスが取れている限り任意の材質から構成できるため、過渡に沈下することなく、（物体２２として作用する）積載量が大きいトラックが交差点１２を走行通過できるが、検出層に対して十分な撓みを与えるため、一つかそれ以上のセンサ２０（後述の実施例では、光ファイバーセンサ２０ｃ）が力を受け取ることができる。 交差点１２を物体２２が通過した後、この緩衝機構は撓みのない状態に戻る。 緩衝機構のいくつかの候補例を例示のみを目的として挙げれば、鋼ばね、鋼ビーム、空気間隔のある鋼ケーシングである。 以下の実施例から理解できるように、この空気間隔は間隔そのものでもよく、あるいはゴム状材質などの適当な材質で充填してもよい。

図８ａは、コンクリート表面層３０２に埋設した鋼タブ、ばねフレーム検出層３０４およびコンクリート土台３０６に埋設した鋼タブからなる平面交差点構造体３００を示す、一部を切り欠いた側横断面図である。 いうまでもなく、表面層３０２および土台３０６については、現在よく使用されている同じ材質、即ち通常はコンクリートや木材などの材質で構成することができる。 鋼などの他の材質も利用でき、材質決定は、純粋に、具体的な条件からみて、土木工学で利用されている実際的な設計の一つに過ぎない。

検出層３０４は、ばね３１２によって接合でき、かつ予め負荷をかけた一組の鋼クロスバー３１０によって形成した一つかそれ以上の緩衝機構３０８からなる。 図に様式的に示すように、この検出層３０４には、また各緩衝機構３０８に一つの光ファイバーセンサ２０ｃを設置する。 この図はきわめて定型化して示してある。 実際には、ＦＢＧ領域１０２は人間の目では完全に認識できないほど小さく、ＦＢＧ装置１００および光ファイバー１０４については、光を排除するために、不透明な材質で被覆する。 また、光ファイバーセンサ２０ｃについては、特にクロスバー３１０に取り付けるため、緩衝機構３０８が物体２２から圧力を受けたときに伸縮できる。

図８ｂは、上部カバー（表面層３０２）を取り外した状態の、図８ａに示した構成の上面図である。 図８ｂから理解できるように、複数組の緩衝機構３０８を設置して、荷重を等分に受け取ることができるようにしている。 あるいは、緩衝機構を離散配置して、局部的な荷重をここに受け取ることができるようになっている。

図９ａおよび図９ｂに、鋼製の上部プレート表面層３５２、検出層３５４およびコンクリートブロック製固定土台３５６からなる平面交差点構造体３５０の作動前、および作動時の側部横断面図を示す。 この構造の場合、物体２２の荷重がかかったときに圧縮される単純なゴムクッション３６０からなる緩衝機構３５８を利用できる。 この実施態様では、光ファイバーセンサ２０ｃを鋼製の上部プレート表面層３５２に取り付けるとともに、コンクリートブロック製土台３５６に取り付けているため、一端では光ファイバーセンサ２０ｃがクッション３６０にそって圧縮する。 そして他端では、光ファイバーセンサ２０ｃがクッション３６０にそって延伸する。

図１０ａおよび図１０ｂに、コンクリートスラブ製表面層４０２、検出層４０４およびコンクリートスラブ製土台４０６からなる平面交差点構造体４００の作動前、および作動時の側部横断面図を示す。

本実施例の検出層４０４は、表面層４０２と土台４０６の２枚のコンクリートスラブ間に挟むか、あるいは一枚のコンクリートスラブ（図示なし）の真下に配設したゴムバッド４０８（緩衝機構として作用する）からなる。 本実施例では、使用する光ファイバーセンサ２０ｃの光ファイバー１０４をゴムバッド４０８の周辺側部に強く取り付ける。 コンクリートスラブ表面層４０２に圧力がかかっていないとき、光ファイバーセンサ２０ｃはニュートラルな状態にある。 物体２２（例えばバン）の重量が表面層４０２にかかったときには、よく知られているポアソンの式に従ってパッド４０８が垂直方向に圧縮し、そして水平方向に延伸する。 すると、光ファイバーセンサ２０ｃが延伸し、共振波長が変化し、この変化を検出する。

図１１ａ、図１１ｂおよび図１１ｃに、可撓性の鋼プレート製表面層４５２、検出層４５４および硬質の鋼ビーム製土台４５６からなる平面交差点構造体４５０の、作動前、作動時、その他の動作時の側部横断面図を示す。 この場合、荷重がかかったときに適当に湾曲する任意の材質から表面層４５２を構成でき、また中空の鋼管、コンクリートパイロン、木製支柱などで土台４５６を構成できることはいうまでもない。 本実施例における“緩衝機構”は、可撓性表面層４５２に一体化すると有利である。

安全システム１０のこの実施態様における検出層４５４の場合、本質的に光ファイバーセンサ２０ｃを表面層４５２に取り付ける。 表面層４５２の局所的な断面が湾曲すると、光ファイバーセンサ２０ｃの一部に歪みが発生し、共振波長が変化し、この変化を検出する。 この実施態様の変形例（図示せず）では、表面層４５２の湾曲によって応力が作用するように光ファイバーセンサ２０ｃを土台４５６に取り付ける。

図１２は、物体２２の荷重によって平面交差点１２に発生する沈下を幾何学的に表す図である。 平面交差点１２の長さがＡＢ＝５ｍとすると、取り付けられた光ファイバーセンサ２０ｃは、地点Ｃから地点Ｄまでの沈下量が２ｍｍである。 円弧ＡＤＢの長さは、この場合、ＯＤ＊２＊ａｒｃｓｉｎ（ＣＤ／ＡＣ）＝ＡＣ ^∧ ２＊ａｒｓｉｎ（ＣＤ／ＡＣ）／ＣＤ＝５．０００００１６ｍとなる。 即ち、ＦＢＧ装置１００のＦＢＧ領域１０２のピッチが、６４Ｍｈｚの周波数シフトに相当する１．６＊１０ ^∧ −６／５＝３．２＊１０ ^∧ −７だけ延伸する。 この場合、この周波数シフトは、適当な電子回路で測定できる。 表１に、各平面交差点の長さに関する周波数シフトに対する沈下（ｓａｇｇｉｎｇ）量の関係を計算した結果を示す。

ＩＩＩ． 信号発生、信号伝播および信号出力
光ファイバーセンサ２０ｃを利用すると多数の利点が得られる。 光ビーム１０８は、きわめて長い距離光ファイバー１０４を伝播でき、リピータを使用する必要はない。 通信産業では、１００ｋｍまでの信号伝播距離が実証されている。 光ファイバーセンサ２０ｃは電気的干渉を発生しないため、列車の運行や通信に影響することはない。 同様に、電気式のセンサとは違って、列車搭載電気システムや付近に存在する電気システムも光ファイバーセンサ２０ｃに影響することもない。 これらは、一日に２４時間、一週間に７日間機能するものである。

全体光学式装置を利用すると、安全システム１０の光ファイバーセンサの構成の耐久性および信頼性を改善できる。 光ファイバー信号伝送システムの場合、期待される耐久時間が２０年以上であることが通信産業において実証されている。 このため、維持コストや補修コストを削減できるため、光ファイバーセンサ２０ｃは平面交差点１２を監視するものとしてきわめて魅力的なものである。

図１３は、本発明の安全システム１０の完成した状態の構成５００の一例を示す簡単な上面概略図である。 カードケージ（制御装置５０２）内に配設した光源が、光ビームを発光する。 光源としては、平面交差点１２内に配設された各種ＦＢＧのすべて波長からなるスペクトルをもつ広帯域の光を発光する光源か、あるいは狭帯域の波長可変レーザを使用することができる。

広帯域光源（例えばＬＥＤ）を使用する場合には、同時に発光したすべての波長が光ファイバー１０４を介して設置した光ファイバーセンサ２０ｃに到達する。 この場合、各ＦＢＧが、共振波長で発生したスペクトル内から光を反射する。 ＦＢＧ間を通って制御装置５０２の検出器に戻る戻り光路内に、可変フィルターを設置する（例えば図６、図７を参照）。 この可変フィルターが光源スペクトルを掃引するため、一度に通過する波長は一つである。 各ＦＢＧの波長が設置時に記録されているため、処理装置によって記録された情報と検出された信号の大きさを比較することによって、ＦＢＧ設置場所における条件を知ることができる。

狭帯域波長可変レーザを使用する場合、その光波長のゲインプロファイルで調整され、調整された波長が設置ＦＢＧの一つと共振したときに光が反射する。 いずれの場合も、反射光が、同じように制御装置５０２内に設置された検出器または受信機によって検出される。

ＦＢＧについては、光源スペクトルの帯域幅内に共振波長がくるように設計する。 また、各波長が相互に十分な特性があるため、荷重の有無に関係なく、作動時に重なることもない。

物体２２（人間、車両、動物など）が交差点１２に存在すると、その重量（重力）によって検出層が変形する。 存在する重量が重いほど、変形量が多くなる。 この変形が生じると、近くのＦＢＧのピッチが変化するため、これらＦＢＧの共振波長がシフトする。 反射光からの共振波長のシフト量を比較することによって、物体２２の推定位置および重量を決定できる。

この波長シフト現象により、通常、平面交差点１２の一方の側から他方の側への移動を検出できると考えられる。 移動速度が速い場合には、物体２２が車両であると判断するのが合理的である。 そして移動速度が遅い場合には、恐らく人間か動物であると判断する。 移動が平面交差点１２の途中で停止した場合には、何か特別な事態が発生したものと判断し、警告信号を出力するのが妥当である。

好適な制御装置５０２については、信号比較器、処理装置、データ保存装置、天候判断ステーション（オプション部材）、およびデータ通信システムからなる。 これらはいずれも本質的な構成要素である。 信号比較器が各光ファイバーセンサ２０ｃからの反射波長を評価し、これを元の共振波長の情報と比較する。 有意差がある場合には、警告信号を出力できる。 記録のために、また後で分析する場合を想定して、反射波長に関するＲＡＷデータはデータ保存装置に保存する。 処理装置は例えばマイクロプロセッサであり、光源機能を適正化するものであり、また光源強度を設定し、広帯域光源を使用する場合には、可変式フィルターを掃引処理し、データ保存装置を作動させ、ＦＢＧが平面交差点領域に物体が存在することを指摘した場合には、警告信号を出力し、通信チャネルを介して鉄道職員から受信した指令に基づいて動作し、（天候ステーションを配置した場合には）温度、湿度および気圧を記録することなどを確保するものである。 データ保存装置としては、ハードディスクドライブ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒその他の光学記録ドライブを使用でき、またここで必要な想定速度および量でデータを信頼性よく処理できる任意の適当なデータ保存装置を使用できる。 また、天候ステーションは、温度センサ、湿度センサ、気圧センサや雨量計の一部または全部を含むものである。 データ通信システムとしては、適当な遠距離伝送装置を使用でき、また適宜無線化できる。 通信システムの目的は、鉄道職員やその他の関係者が各平面交差点１２の状態を点検し、各地にある駅の各処理装置に指令を出し、かつこれを監視するとともに、潜在的にある多数の平面交差点位置からのデータの検索をできるようにすることである。

警告信号の発信についてはいくつかの方法で実施できる。 最も簡単な方法は、既に鉄道産業において広く利用されている方法である。 図１３に示すように、平面交差点１２から所定の距離をおいて、警告灯５０４を設置する。 二つ以上の距離でこのような警告灯５０４を利用できるようにすると、列車運転手によって各種レベルにある緊急状態を確認することができる。 警告灯５０４の場合、自動車を対象として街路に設置されているスポットライトと同じように設置できる。 位置を監視する第１列の緑色灯が点灯している場合は、交差点１２に障害物がなく、列車が全速で通過できることを示し、同じ位置に設置した黄色灯が点灯している場合は、物体２２が交差点１２を通過している状態であるが、その通過速度は、列車が実際に交差点１２に進入するときには、既に通過後であることを示す。 そして、同じ位置にある赤色灯が点灯している場合は、物体２２が交差点１２を塞いでいるか、あるいは停止していることを示す。

より近接した監視位置（第２列の監視位置）では、物体２２が十分な速度で通過している場合には、赤色灯が点灯し、この場合には運転手が列車を停止する。 距離を適当に選択すると、十分な制動距離が得られるため、平面交差点１２に達する前に、列車を完全に停止できる。 つまり、複数列の監視位置を利用すると、列車運転手には、交差点１２の安全状態を確認し、かつそこに到達する前に適正な処置を取ることができる十分な機会を確保することができる。

（例えばカードケージ内に配設した）制御装置５０２については、平面交差点１２の近傍に、あるいは付近の駅のいずれかに設置できる。 通常、交差点１２近傍に設置するのが経済的にはより有利である。 なぜなら、無線通信を通じてデータを検索でき、指令を出すことができるからである。 多くの場合、本発明の安全システム１０の電力は、別な目的のために既に設置してある電源から得ることができる。 むろん、制御装置５０２自体をコンパクト化し、信号灯ポストに配設できるようにしてもよい。

安全システム１０には、警告信号を無線電話装置によって列車運転手に伝えるか、あるいは警告を付近の駅に伝え、駅管理官が列車運転手に警告信号を伝える機構などを始めとする、より精巧な信号伝達機構を利用することができる。 これらはいずれも利用できるもので、鉄道平面交差点の安全を確保する責任がある鉄道各社や政府関係団体の予算に応じて主に利用できるものである。

本発明は物体２２の重量に依存するため、天候状態の影響は受けない。 また、耐久性もあり、信頼性も高い。 より重要なことは、実施が簡単であり、設置、保守管理についても通常の鉄道保守作業員の能力の範囲内で容易に実施できる。

以上いつかの実施態様によって本発明を説明してきたが、いずれも例示のみを目的とし、限定を意図するものではない。 即ち、本発明の範囲は上記の例示実施態様に限定されず、特許請求の範囲の記載およびそれと等価なものによってのみ定義されるものである。

本発明安全システム１０は、ハイウェイ−鉄道平面交差点の安全を確保するために利用できるものである。

以上説明してきたように、本発明の実施態様によれば重量変化がかなり大きい物体、従って平面交差点に進入してくる列車によってそれ自体が危険に陥る物体か、あるいは平面交差点に進入してくる列車に危害を加える物体を検出でき、検出情報を伝えることができる。 このような物体は、平面交差点で停止してこれを塞ぎ、あるいは平面交差点を通過するものである。 このような実施態様については、適宜、物体の影響全体または一部を検出するように、そして複数の交差点または交差点の各区間の複数のセンサによる監視を簡単に実施できるように構成を変更することができる。

また上述したように、本発明の実施態様の場合、圧力や歪みを電気的に、あるいは機械的に検出する技術、あるいは光ファイバーで検出する技術を始めとする各種の技術を利用できる。 従って、本発明の実施態様は、経済的に、あるいは耐久性の点から適宜最適化でき、また平面交差点で発生する各種の好ましくない環境下で影響を受けずに機能を発揮し続けるように適宜最適化することができる。

光ファイバー技術を利用する本発明の実施態様では、本発明の必須要素は、電気的緩衝を生成することも、影響を受けることもない。 また、必須要素であるセンサを電気的ではなく、光ファイバーを利用して接続するため、経済的であり、最終的なセンサ信号処理位置および警告信号発生位置からかなり距離をおいて接続できる。

以上の理由その他の理由から、本発明の安全システム１０は産業上広く適用でき、従って本発明は、広範にわたる上に長い期間にわたって利用できると考えられる。

本発明の安全システムに関する基本構成を示す横断概略図である。

ばね負荷式クロスバーからなる支持土台に機械式歪み計を利用した安全システムの一例を示す図である。

図３ａ、図３ｂは、ゴム緩衝構造体に２つの機械式歪み計を利用した別な安全システムの、作動前および作動時の状態を示す図である。

図４ａ、図４ｂ、図４ｃは、可撓性鋼プレート表面層と中空支柱土台との間の構成中に三つの機械式歪み計を利用したさらに別な安全システムの、作動前、作動時、その他の動作状態を示す図である。

図５ａ、図５ｂは、安全システムの光ファイバーセンサに利用できるファイバーブラッグ格子（ＦＢＧ）装置の構造および作用を示す簡単な概略図である。 即ち、図５ａは、力が作用する前のＦＢＧ装置を示す図であり、そして図５ｂは、力の作用後のＦＢＧ装置を示す図である。

ＦＢＧ装置に設置した光ファイバーセンサ全体をどのように並列接続するかを示す概略図である。

ＦＢＧ装置に設置した光ファイバーセンサ全体をどのように直列または連結接続するかを示す概略図である。

図８ａは、ばねフレーム式検出層を有する平面交差点の一部を切り欠いた、側部横断面図であり、そして図８ｂは、上部カバーを取り外した状態にある、図８ａ構成の上面図である。

図９ａ、図９ｂは、物体によって荷重がかかったときに圧縮され、外部センサを作動させるゴムクッションを有する平面交差点構造体の作動前および作動時の状態を示す側部横断面図である。

図１０ａ、図１０ｂは、物体によって荷重がかかったときに圧縮され、内部センサを作動させるゴムパッドを有する平面交差点構造体の作動前および作動時の状態を示す側部横断面図である。

図１１ａ、図１１ｂ、図１１ｃは、物体によって荷重がかかったときにセンサを作動させる可撓性鋼プレートからなる安全システムの、作動前、作動時、その他の動作状態を示す側部横断面図である。

平面交差点における物体重量による沈下量を幾何学的に示す図である。

本発明の安全システムの完成した状態の構成の一例を示す簡単な上面概略図である。 なお、図面全体を通して、同じ構成部材は同じ参照符号で示す。

符号の説明

１０：安全システム１２：平面交差点１４：道路１８：プラットフォーム１８ａ：表面１８ｂ：コンクリート土台２０：センサ２０ｂ：機械式歪み計４２：ゴムクッション１８ａ：可撓性鋼プレート表面層１８ｂ：中空ポスト土台１００：ファイバーブラッグ格子装置（ＦＢＧ装置）
２０６：広帯域強度／周波数安定化レーザ２０８：周波数ロッカー２１０：安定化電子装置３０２：タブ−コンクリート表面層３０６：タブ−コンクリート土台３０４：検出層３５２：鋼上部プレート３５６：コンクリート土台４０２：コンクリート表面層４０６：コンクリート土台４０８：ゴムパッド