(57)【要約】      （修正有）【課題】状況の変化に応じたランカーブを作成する列車運転支援システムを提供する。【解決手段】列車の運行に関する指標の優先度を決定する指標優先度決定部２０２と、指標優先度で決定された優先度に応じてパラメータ操作の割合を決定するランカーブ生成パラメータ決定部２０３と、ランカーブ生成パラメータ決定部で決定されたパラメータ操作の割合に基づいてランカーブを生成するランカーブ生成部２０４とを有し、優先度の決定とパラメータ操作の割合の決定の少なくとも一方を動的に決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指標の優先度を決定する指標優先度決定部と、
前記指標優先度で決定された優先度に応じてパラメータ操作の割合を決定するＲＣ生成パラメータ決定部と、
前記ＲＣ生成パラメータ決定部で決定されたパラメータ操作の割合に基づいてランカーブを生成するＲＣ生成部とを有し、前記優先度の決定と前記パラメータ操作の割合の決定の少なくとも一方を動的に決定する列車運転支援システム。
【請求項２】
前記指標優先度決定部が、予め設定された、入力される情報と前記指標の優先度との関係に基づいて優先度を決定する請求項１の列車運転支援システム。
【請求項３】
前記指標優先度決定部は、指標優先度の候補を出力する機能と、指標優先度決定情報の入力を受ける機能とを有する請求項１の列車運転支援システム。
【請求項４】
前記指標優先度決定部へ、指標または優先度の情報を入力する入力部を有する請求項１の列車運転支援システム。
【請求項５】
前記ＲＣ生成パラメータ決定部が、予め設定された、優先度に対するパラメータの変化値の情報に基づいてパラメータ操作の割合を決定する請求項１の列車運転支援システム。
【請求項６】
前記ＲＣ生成パラメータ決定部は、優先度に対するパラメータの変化値の候補を出力する機能と、ＲＣ生成パラメータ決定情報の入力を受ける機能とを有する請求項１の列車運転支援システム。
【請求項７】
優先度に対するパラメータの変化値を前記ＲＣ生成パラメータ決定部に入力する入力部を有する請求項１の列車運転支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は列車運転支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最適な列車運行を実現するために、個々の列車の最適な走行パターン（ランカーブ）を算出して、運転士にアドバイスとして提示したり、算出したランカーブを元に自動的に列車速度を制御したりするシステムが考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５５３１４号公報
【特許文献２】特開平０５−１９３５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ランカーブを計算する方法として、特許文献１に、消費電力に着目した方法が記載されている。特許文献２には、消費エネルギーと乗り心地に関し評価関数の重みを変更する方法が開示されている。しかしながら、これらの文献で開示された技術ではランカーブの計算は静的に行われており、状況の変化に応じたランカーブ作成には想定されていない。
【０００５】
本発明の目的は、状況の変化に応じたランカーブを作成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における列車運転支援システムは、指標の優先度を決定する指標優先度決定部と、
前記指標優先度で決定された優先度に応じてパラメータ操作の割合を決定するＲＣ生成パラメータ決定部と、前記ＲＣ生成パラメータ決定部で決定されたパラメータ操作の割合に基づいてランカーブを生成するＲＣ生成部とを有し、前記優先度の決定と前記パラメータ操作の割合の決定の少なくとも一方を動的に決定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、状況の変化に応じたランカーブを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の列車運転支援システムの実施形態を表すブロック図である。
【図２】最高速度の抑制の観点でのランカーブの変形例。
【図３】惰行運転の挿入の観点でのランカーブの変形例。
【図４】制動ノッチの抑制の観点でのランカーブの変形例。
【図５】ノッチ切替回数の抑制の観点でのランカーブの変形例。
【図６】テーブルの定義例
【図７】テーブルの定義例。
【図８】ランカーブ生成のフロー。
【図９】ランカーブ生成部を車上に配置し、かつ生成したランカーブに従って電動機及びブレーキを制御して列車走行を行う例。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ランカーブを計算する方法として、特許文献１では、「一般電車に対しては、力行部分を減少させるよりも、だ行部分を付加したり、だ行部分の距離を長くする方が消費電力の節減に寄与することが知られている」ことに着目し、「選択された部分運転曲線にだ行部分がある場合には当該だ行部分の距離を増加させ、だ行部分がない場合にはだ行部分を付加させることで、当該部分運転曲線の運転時分に余裕運転時分を加味した新たな部分運転曲線に更新する」という方針の下でランカーブを計算することが提案されている。
【００１０】
しかしながらこの方法では、最適な列車運行として、消費エネルギーの最小化以外の指標を考慮することはできない。
【００１１】
複数の指標を評価したランカーブの計算方法として、特許文献２では、ランカーブ最適化における最適性の評価関数に関して「評価関数設定手段２では、これらのデータ、例えば車両重量等の車両データに基づいて力行時の列車の消費エネルギーの式を求め、また、乗り心地の悪さの指標としてノッチ切換え回数に関連した式を求め、これらを評価関数として設定する。評価関数の重視する割合を変えたいときは、評価関数所定手段２の評価関数の重みを重み変更手段２ａにより変更する。」として、省エネ性と乗り心地を任意のバランスで考慮したランカーブを計算することが提案されている。
【００１２】
しかしながらこの方法でも、考慮できるのは省エネ性と乗り心地だけである。さらに、評価関数の重みをどのようにして決定すればよいかについては、何ら触れられていない。
【００１３】
以下の実施形態を例として説明する本発明における列車運転支援システムは、走行区間、走行時間帯、列車種別、使用編成、遅延時分等の、列車運行に関する状況に基づき、列車の走行において優先的に考慮すべき指標を動的に決定し、決定した指標の優先度に基づきランカーブを計算する際の操作（最高速度の抑制、惰行運転の挿入、速度変化の抑制、など）の優先度を切り換え、効率的な走行パターンを算出する。
【００１４】
また本発明は、省エネ性や乗り心地だけでなく、その他の評価を考慮した最適な走行パターンを算出することも可能である。時と状況に合わせてランカーブ計算の方針を柔軟に使い分けることで、鉄道利用者や鉄道事業者のニーズに合致した列車運行を実現することができる。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図1は、本発明の列車運転支援システムの実施形態を表すブロック図である。本実施形態の列車運転支援システムは、運転支援情報表示部１０１を有する列車１００と、地上装置２００に関する。
【００１７】
本実施形態において、最適なランカーブは、その区間で許容される速度制限の下でその列車が最大の性能で走行した場合の走行パターン（最速ランカーブ）を基に作成する。通常、予め計画されたダイヤにおける駅間の走行時分には、最速ランカーブに従って走行した場合の走行時分と比較して、余裕時分が存在する。従って最速ランカーブに従って走行すると早着となってしまうため、この余裕時分を消費するように最速ランカーブの速度を選択的に低下させることで、最適なランカーブを求める。
【００１８】
速度を選択的に低下させるようなランカーブの変形には複数の方法がある。図2〜5で、ランカーブの変形例を示す。図2〜5において、縦軸は速度、横軸は位置を表し、グラフは駅出発から次駅到着までの、列車走行の位置・速度の推移としてのランカーブを表している。図2は最高速度の抑制による変形の例を示している。これは、最速走行時よりも、力行を止める速度を下げ、低い速度で定速走行を行うものである。図3は、惰行運転の挿入による変形の例を示している。これは、最速走行時における定速走行と制動の間に、惰行運転を行うものである。図4は、制動ノッチの抑制による変形の例を示している。これは、最速走行時よりも制動開始点を早め、弱いブレーキ強度で減速するものである。図5は、ノッチ切替回数の抑制による変形の例を示している。これは、最速走行時においては制限速度が変化する度に制動・定速走行を繰り返すところを、力行を止める速度の低減や、惰行運転の実施により、ノッチを切り替える回数を少なくするものである。
最速ランカーブに対して実施する変形の種類や、変形を行う区間に応じて、列車走行の特性（消費エネルギー、騒音の大きさ、地上設備への負荷、乗り心地等）は変化する。そのため用いる変形方法を状況に応じて動的に決定することで、最適なランカーブを求める。
【００１９】
地上装置２００の情報部２０１は、ランカーブ生成に必要となる、列車及び路線に関する情報を持つ。
【００２０】
各列車に関する情報として、列車種別、使用編成、ダイヤ情報、遅延時分、走行位置・速度、乗客情報等が挙げられる。また、各編成に関する情報として、加速性能、減速性能等が挙げられる。また、路線に関する情報として、各地点での勾配、トンネル区間のキロ程等の情報が挙げられる。また、各変電所に関する情報として、電力供給の余力等の情報が挙げられる。
【００２１】
これらの情報のうち、時々刻々と変化する状況に関する情報については、各列車や、列車運行に関係する他システム等から情報を受け取ることにより、情報を更新する。  また、情報部が持つ時々刻々と変化する情報は、現在の情報に限らず、未来を予想した情報でも構わない。未来を予想した情報を用いることで、将来走行する場所・時間の状況に対してより好適なランカーブを作成することができる。
【００２２】
指標優先度決定部２０２では、情報部２０１に格納された状況に関する情報に応じて、現在の状況下の列車走行において考慮する指標の優先度を動的に決定する。動的に決定するとは、列車運行前に確定していなかった状況に応じて決定することを意味する。一方で静的に決定するとは、列車運行前に判明していた状況のみに基づいて決定することを意味する。
【００２３】
また指標とは、列車運転の結果として周囲環境に与える影響の観点で分類可能な項目であり、例として、消費エネルギーの節減、乗り心地向上、騒音の抑制、線路等の地上インフラの負担軽減、ブレーキ等の車両機器の負担軽減、回生電力向上等が挙げられる。状況と優先する指標の関係の例としては、「深夜の市街地の走行では騒音の抑制を優先する」、「豪華列車については乗り心地の向上を優先する」、「線路の保守作業が困難な箇所は、線路等の地上インフラの負担軽減を優先する」、「回生電力の活用先が十分に存在する場合は、回生電力向上を優先する」等が挙げられる。
【００２４】
状況から指標の優先度を求める手法の例として、指標優先度決定部２０２に入力される状況に関する情報の入力に応じた、指標の優先度の変動値を定めたテーブルを予め用意しておくことで、自動で指標の優先度を求める方法が考えられる。
【００２５】
図6は、テーブルの定義例を示している。この例は指標の優先度の値が大きいほど重要視すべきことを示す例である。例えば、走行時間帯が0:00〜5:59の場合、深夜・早朝であるため、騒音の抑制の優先度の変動値を+10としている。各情報に応じて作成されたテーブルに基づいて、指標の優先度を計算することにより、各指標の優先度を決定することができる。
【００２６】
テーブルに対する入力部を設けることにより、予めもしくはリアルタイムでシステムのユーザがテーブルの変更を自由にできるようにすることができる。
【００２７】
また、テーブルを用いた形式に限らず、状況に関する情報を入力としたときに各指標の優先度が一意に求まるような関数を用意することで、指標優先度の自動決定を実現できる。
【００２８】
また、指標優先度の自動決定を行わずに、運行状況に応じてユーザが手動で指標優先度を決定するような仕組みにしてもよい。すなわち、指標優先度決定部２０２が指標優先度候補を運転支援情報表示部１０１に出力し、表示をもとにユーザーが優先度を選択または調整し、その結果である指標優先度決定情報の入力を受けることで優先度を決定してもよい。なお、運転支援情報表示部１０１、及び表示をもとに指標優先度決定情報の入力を行うユーザは、地上に存在しても良いし、車上に存在しても良い。また、指標優先度決定部２０２へ、指標または優先度の情報を入力する入力部を有することで、指標の種類や優先度の情報についても、ユーザが自由に入力、変更できるようにしてもよい。
【００２９】
指標優先度決定部２０２が各指標の優先度の値を出力することにより、考慮する指標の重みが判明する。例えば、指標の優先度が「消費エネルギーの節減＝30、騒音の抑制＝10、乗り心地の向上＝10」である場合、消費エネルギーの節減を重要視しつつ、乗り心地の向上及び騒音の抑制についても考慮することを示す。また別の出力方式として、最重要視する指標の種類のみを出力するようにしてもよい。例えば、計算の結果、消費エネルギーの節減の優先度が最も大きい場合、消費エネルギーの節減の優先度が最大である旨だけを出力する。この場合、他の指標を無視し、消費エネルギーの節減のみを考慮した最適ランカーブを生成する。
【００３０】
ランカーブ生成パラメータ決定部２０３では、指標優先度決定部２０２が出力した指標の優先度に応じて、ランカーブ生成におけるパラメータを動的に決定する。ここでパラメータとは、最速ランカーブから最適なランカーブを求めるにあたって、余裕時分を消費するようにランカーブに対して行う各種変形をどのような割合で実施するかを示す値を指すこととする。
【００３１】
重要視する指標とランカーブ変形の関係性の例として、「消費エネルギーの節減を重要視する場合、惰行の挿入により余裕時分を消費する」、「騒音の抑制や、線路等の地上インフラの負担軽減を重要視する場合、最高速度の抑制により余裕時分を消費する」、「回生電力の向上を重要視する場合、制動ノッチの抑制により余裕時分を消費する」等が挙げられる。
指標の優先度からランカーブ生成のパラメータを求める手法の例として、各指標の優先度1単位に対するパラメータの変化値を定めたテーブルを予め用意しておくことで、自動でランカーブ生成パラメータを求める方法が考えられる。
【００３２】
図7は、テーブルの定義例を示している。例えば消費エネルギーの節減の優先度1単位に対しては、惰行の挿入パラメータを+2変化させることを示している。指標の優先度が「消費エネルギーの節減＝30、騒音の抑制＝10、乗り心地の向上＝10」である場合、まずエネルギーの節減に対するパラメータ変化として、惰行の挿入パラメータの変化量が(+2)×30＝+60となる。次に騒音の抑制に対するパラメータ変化として、最高速度の抑制パラメータの変化量が(+1)×10＝+10となる。最後に乗り心地の向上に対するパラメータ変化として、制動ノッチの抑制パラメータの変化量が(+1)×10＝+10、ノッチ切替回数の低減パラメータの変化量が(+2)×20＝+20となる。最終的にパラメータ計算結果は、「惰行の挿入＝60、最高速度の抑制＝10、制動ノッチの抑制＝10、ノッチ切替回数の低減＝20」となる。
【００３３】
なお、指標優先度決定部２０２の出力が優先度最大の指標の種類という形式の場合は、その指標の優先度1単位に対する各パラメータの変化量をそのままパラメータ計算結果とすればよい。
【００３４】
テーブルに対する入力部を設けることにより、予めもしくはリアルタイムでシステムのユーザがテーブルの変更を自由にできるようにすることができる。すなわち、ＲＣ生成パラメータ決定部２０３が優先度に対するパラメータの変化値の候補を運転支援情報表示部１０１に出力し、表示をもとにユーザーが変化値を調整し、その結果であるＲＣ生成パラメータ決定情報の入力を受けることで優先度を決定してもよい。
【００３５】
また、テーブルを用いた形式に限らず、指標の優先度を入力としたときにパラメータが一意に求まるような関数を用意することで、パラメータの自動決定を実現できる。
【００３６】
また、優先度に対するパラメータの変化値をＲＣ生成パラメータ決定部２０３に入力する入力部を有することで、パラメータの自動決定を行わずに、状況に応じてユーザが手動でパラメータを決定するような仕組みにしてもよい。
【００３７】
また、用いるパラメータの種類についても、ユーザが自由に変更できるようにしてもよい。
ランカーブ生成パラメータ決定部２０３が各パラメータの値を出力することにより、ランカーブ生成における変形の重みが判明する。例えば、パラメータが「惰行の挿入＝60、最高速度の抑制＝10」である場合、制動の前に惰行を大きく挿入しつつ、最高速度も抑制することを示す。また別の出力方式として、最大の値であるパラメータの種類のみを出力するようにしてもよい。例えば、計算の結果、惰行の挿入パラメータが最も大きい場合、惰行の挿入パラメータが最大である旨だけを出力する。この場合、最速ランカーブから惰行の挿入のみを行うことによって最適ランカーブを生成する。
【００３８】
以上、現在の状況に関する情報から、列車走行についての指標の優先度を動的に求め、その後ランカーブ生成におけるパラメータを動的に求める手順を示したが、現在の状況に関する情報からランカーブ生成におけるパラメータを直接動的に求めてもよい。この場合における、現在の状況に関する情報とランカーブ生成におけるパラメータの関係の例として、「深夜の市街地の走行では、最高速度を抑制して余裕時分を消費する」、等が挙げられる。
【００３９】
ランカーブ生成部２０４では、ランカーブ生成パラメータ決定処理で求めたパラメータと、ダイヤデータ、編成特性、路線データを用いて、実際に列車走行の基になる最適ランカーブを生成する。
【００４０】
ランカーブ生成のフローを図8に示す。初めに最速ランカーブを計算する。ここで最速ランカーブとは、列車の速度が制限速度より低い場合は制限速度に達するまで最大力行で加速すると想定し、また制限速度が低下する場合および停車する場合には、常用最大ブレーキによって減速すると想定し、計算した結果のランカーブである。
【００４１】
次に、余裕時分を算出する。余裕時分は、最速ランカーブに従って走行した場合の次駅到着時刻と、実際に列車が次駅に到着すべき時刻の差である。
【００４２】
そして、ランカーブ作成パラメータ決定部２０４で決定されたパラメータの比率に基づいて最速ランカーブを変形し、余裕時分を消費するような最適ランカーブを計算する。このようにパラメータに従ってランカーブを計算することで、状況に応じた最適なランカーブを生成することが可能となる。
【００４３】
ランカーブを生成する範囲と、指標の優先度やランカーブ生成パラメータを設定する範囲の区切りは、一致しても良いし、一致しなくても良い。一致しない場合の例として、列車の現在位置から次の停車駅までのランカーブを生成する場合において、次の停車駅までの間に状況が大きく変化する箇所が存在する場合、その箇所を指標の優先度及びランカーブ生成パラメータの設定範囲境界とすることが考えられる。このようにすることで、状況をより細かく反映した最適ランカーブを生成することが可能となる。例えば、現在位置から次の停車駅までにおいて、前半の区間が、路線が住宅地内を通るため騒音に注意することが必要な区間であり、後半の区間が、路線が住宅地から離れているため比較的騒音の発生が許される区間である場合、2区間の境界を、指標の優先度及びランカーブ生成パラメータの設定範囲境界とする。前半区間・後半区間のそれぞれにおいてランカーブ生成パラメータを求めた後、消費すべき余裕時分を前半区間と後半区間に割り振り、最適ランカーブを生成する。
【００４４】
ここまで単列車に注目した最適ランカーブ生成について述べたが、複数列車にまたがった最適ランカーブ生成方針を決定できるようにしてもよい。例えば列車が高密度で存在する路線において運行状況が全体的に乱れているとき、各列車を等間隔の平行ダイヤで走行させることで機外停止防止や乗客の分散化を図り、遅延回復を目指すという方策がある。このような方策を採る場合において、各列車の最適ランカーブを同一の形にすることにより、平行ダイヤでの走行をサポートすることができる。
【００４５】
ランカーブ生成処理により出力した最適ランカーブに従った列車走行は、列車の運転士に対して、最適ランカーブに基づいて運転操作の指示を表示し、運転士が指示に従って運転操作を行い電動機及びブレーキを制御することで、実現できる。もしくは、最適ランカーブを、列車の電動機及びブレーキの制御装置に渡し、制御装置がランカーブに基づいて電動機及びブレーキを制御することで、実現できる。
【００４６】
各機能を地上・車上のどちらに設置するかについては、図1の例に限らない。例えば、ランカーブ生成部を車上に配置し、かつ生成したランカーブに従って電動機及びブレーキを制御して列車走行を行う例を図9に示す。ランカーブ生成部を車上に設置することにより、列車の現在速度及び現在位置をより正確に反映したランカーブを生成できる。その他の機能についても、地上・車上のどちらに設置してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１００：列車
１０１：運転支援情報表示部
２００：地上装置
２０１：情報部
２０２：指標優先度決定部
２０３：ランカーブ生成パラメータ決定部
２０４：ランカーブ生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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