(57)【要約】【課題】列車に電力を供給し、運転ダイヤに基づいて列車の運行を管理するに際して、総消費電力を考慮しつつ、安定した列車運行を行えるようにする。【解決手段】実施形態の輸送管理装置の輸送管理手段は、予め設定された運転ダイヤおよび予め設定された総消費電力量に基づいて、運転ダイヤに従いつつ、複数の列車の運行に伴う実際の総消費電力量が設定された総消費電力量に収まるように、列車群を構成する複数の列車の運行管理を行う。【選択図】図１
2013132980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された運転ダイヤおよび予め設定された総消費電力量に基づいて、前記運転ダイヤに従いつつ、複数の列車の運行に伴う実際の総消費電力量が前記設定された総消費電力量に収まるように、列車群を構成する複数の列車の運行管理を行う輸送管理手段を備えた輸送管理装置。
【請求項２】
前記輸送管理手段は、前記複数の列車の運行に伴う実際の総消費電力量が前記設定された総消費電力量に収まるように、前記列車の運行時の位置情報に基づいて当該列車の走行速度あるいは加減速度を制御すべく前記運行管理を行う、
請求項１記載の輸送管理装置。
【請求項３】
前記管理輸送手段は、実際の前記列車の到着時分あるいは発車時分が、前記運転ダイヤに規定されている到着時分あるいは発車時分となる時間内に収まるように前記運行管理を行う、
請求項１または請求項２記載の輸送管理装置。
【請求項４】
前記管理輸送手段は、前記設定された総消費電力量及び前記運転ダイヤに基づいて、電力需給計画を作成する電力需給計画手段を備えた請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の輸送管理装置。
【請求項５】
前記電力需給計画にそって電力供給システムを構成する電力供給機器の制御を行う電力需給制御手段を備えた請求項４記載の輸送管理装置。
【請求項６】
前記運行管理にしたがって、前記列車の運行時の位置情報に基づいて、当該列車の走行速度あるいは加減速度を制御する運行管理手段を備えた請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の輸送管理装置。
【請求項７】
予め設定された運転ダイヤおよび予め設定された総消費電力量に基づいて、前記運転ダイヤに従いつつ、複数の列車の運行に伴う実際の総消費電力量が前記設定された総消費電力量に収まるように列車群を構成する複数の列車の運行管理指示を行う輸送管理装置と、
前記運行管理指示及び前記列車の運行時の位置情報に基づいて、当該列車の走行速度あるいは加減速度を制御する運行管理装置と、
を備えた輸送管理システム。
【請求項８】
前記輸送管理装置は、前記設定された総消費電力量及び前記運転ダイヤに基づいて、電力需給計画を作成する電力需給計画手段と、
前記電力需給計画にそって電力供給システムを構成する電力供給機器の制御を行う電力需給制御手段と、
を備えた請求項７記載の輸送管理システム。
【請求項９】
予め設定された運転ダイヤおよび予め設定された総消費電力量に基づいて、前記運転ダイヤに従いつつ、複数の列車の運行に伴う実際の総消費電力量が前記設定された総消費電力量に収まるように列車群を構成する複数の列車の運行管理指示を行うとともに、前記運行管理指示及び前記列車の運行時の位置情報に基づいて、当該列車の走行速度あるいは加減速度を制御する輸送管理装置と、
前記設定された総消費電力量及び前記運転ダイヤに基づいて、電力需給計画を作成し、当該電力需給計画にそって電力供給システムを構成する電力供給機器の制御を行う電力管理装置と、
を備えた輸送管理システム。
【請求項１０】
列車群を構成する複数の列車の運行管理を行う輸送管理装置をコンピュータにより制御する制御プログラムにおいて、
前記コンピュータを、
予め設定された運転ダイヤおよび予め設定された総消費電力量を取得する手段と、
前記運転ダイヤ及び前記設定された総消費電力量に基づいて、前記運転ダイヤに従いつつ、前記複数の列車の運行に伴う実際の総消費電力量が前記設定された総消費電力量に収まるように、列車群を構成する複数の列車の運行管理を行う輸送管理手段と、
して機能させることを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、輸送管理装置、輸送管理システム及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道には電気により走行エネルギーを供給するものや燃料を積載し機械的に動力を得るもの、発電して電気で走行するもの等がある。
一般に電気鉄道や新交通システムの電力系統は、商用電源から供給される電力を、変電所において鉄道車両に供給するための電力に変換する。そして鉄道・新交通システムの列車（車両）は、変電所からき電系統を介して供給される電力を動力源として走行する。
【０００３】
一方、列車の運行は、列車の運行を管理するシステムにより、予め設定された運転ダイヤにもとづき、走行路を構成する制御が行われる。このとき、現行の鉄道システムでは、列車の運行を遅らせることのないように電力が供給される。例えば、運転ダイヤを増強する場合には変電所設備の増強を行う、き電系統の中で電圧低下の発生しやすい箇所には電力供給機器の補充を行うなど、安定輸送に努めている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６０７０４５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０１１７１１号公報
【特許文献３】米国特許第７３９７１４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実際の列車運行時には、電力は電力供給システムの設備容量の範囲で列車が必要とする量が使用されており、総消費電力量や電力供給システム側の電力供給能力をあまり意識することなく列車の運行を管理していた。
このため、輸送の安定性は確保されるものの、必ずしも消費電力総量（エネルギー総量）は抑制されていず、省エネルギーの余地があった。
また、事故後の運転再開時等においては、誤って電力供給能力を超えて列車の運行を指示してしまうと、変電所が電力を供給できなくなったり、遅延の回復が遅くなったりする虞があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、列車に電力を供給し、運転ダイヤに基づいて列車の運行を管理するに際して、総消費電力を考慮しつつ、安定した列車運行を行うことが可能な輸送管理装置、輸送管理システム及び制御プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の輸送管理装置の輸送管理手段は、予め設定された運転ダイヤおよび予め設定された総消費電力量に基づいて、運転ダイヤに従いつつ、複数の列車の運行に伴う実際の総消費電力量が設定された総消費電力量に収まるように、列車群を構成する複数の列車の運行管理を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態の電気鉄道システムの概要構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。
【図３】図３は、輸送管理装置の機能説明図である。
【図４】図４は、列車群運行制御部の機能説明図である。
【図５】図５は、走行制御処理の処理フローチャートである。
【図６】図６は、列車群の運行制御の説明図である。
【図７】図７は、列車におけるエネルギー消費の仕組みの説明図である。
【図８】図８は、列車群運行制御における計算過程の模式図を示したものである。
【図９】図９は、第２実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。
【図１１】図１１は、第４実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
［１］第１実施形態
図１は、実施形態の電気鉄道システムの概要構成図である。
電気鉄道システム１０は、列車群を構成する各列車１１に供給する電力を管理する電力管理装置１２と、電力管理装置１２の管理下で、列車１１に電力を供給する鉄道電力供給システム１３と、列車１１の運行管理を行う運行管理装置１４と、運行管理装置１４の管理下で列車１１の在線位置の検出や、線路の分岐制御を行う運行管理システム１５と、電力管理装置１２及び運行管理装置１４を連携させて輸送管理を行う輸送管理装置１６と、を備えている。この場合において、列車１１の概念には、単独で走行している車両（例えば、電車や電気機関車等）も含むものとする。
【００１０】
電力管理装置１２は、輸送管理装置１６からの電力要求（デマンド）を監視するデマンド監視部２１および電力の需給制御を行う電力需給制御部２２を備えている。
鉄道電力供給システム１３は、外部の電源からの電力の供給を受けて列車１１に供給する。このため、変電所２５Ａ、２５Ｂ、蓄電／給電スタンド２６を備えており、列車１１に対してトロリー線２７及び線路２８を介して電力を供給する。
【００１１】
ここで、変電所２５Ａ、２５Ｂには、電源からの電力を鉄道車両走行用電力に変換するための電力変換器（電力変換手段）が設置される場合が多い。また、蓄電器（蓄電手段）及びこの蓄電器に電力を蓄え、あるいは、電力を放出させる充放電制御器（充放電制御手段）を設けることも可能である。
また、蓄電／給電スタンド２６は、変電所２５Ａ、２５Ｂにおける電力変換器に代えて、蓄電器（蓄電手段）を有している。
この場合において、電力管理装置１２と、鉄道電力供給システム１３とは、通信ネットワーク２９を介して接続されている。
【００１２】
鉄道電力供給システム１３に電力を供給する電源としては、商用系統を用いる場合の他、太陽光、風力等の自然エネルギーを用いたマイクログリッドを構成したり、外部のマイクログリッドから電力の供給を受けるようにしたりしてもよい。これらの場合には、マイクログリッドの監視制御装置を設ける。
運行管理装置１４は、主として、図示しない地上の運行管理センタに設けられている。  運行管理装置１４は、複数の列車１１で構成される列車群を制御する列車群運行制御部３５を備えている。そして運行管理装置１４は、通信ネットワーク３１を介して、運行管理システム１５に接続され、運行管理システム１５を構成する複数の拠点装置３２を制御する。
【００１３】
運行管理システム１５は、複数の拠点装置３２と、拠点装置３２に接続された分岐装置３３や在線検知装置３４と、を有している。
分岐装置３３は、列車１１の走行路を構成する線路の分岐点における分岐制御を行う。
在線検知装置３４は、列車１１が所定の線路範囲内に存在することを検出する。
また、運行管理装置１４は、通信ネットワーク３１を介して、分岐装置３３に対応する拠点装置３２に対し、対応する分岐装置３３の制御の指令を行う。これにより、拠点装置３２は、対応する分岐装置３３を制御して、走行路を構成する。
そして、運行管理装置１４は、在線検知装置３４により検出した列車の在線区間情報を拠点装置３２を介して取得し、地上伝送装置４１、無線通信ネットワーク４２及び車上伝送装置４３を介して、列車１１に制御信号を送信して、鉄道電力供給システム１３から電力が供給されている列車１１の走行制御を行う。
【００１４】
図２は、第１実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。
電気鉄道システム１０は、大別すると、輸送管理機能部Ｆ１、電力需給制御機能部Ｆ２、電力供給機能部Ｆ３、列車在線位置検出機能部Ｆ４、列車群運行制御機能部Ｆ５、地上−車上伝送機能部Ｆ６及び列車走行制御機能部Ｆ７を実現している。
【００１５】
輸送管理機能部Ｆ１は、設定された総消費電力量と運転ダイヤＴＤに基づいて電力需給計画を作成し、電力供給と列車運行を連携して管理する。この場合において、予め設定された総消費電力量で電力量をまかない、かつ、予め設定された運転ダイヤの許容範囲内で列車の運行を制御して、電力供給と列車運行を連携させる。
【００１６】
ここで、総消費電力量は、輸送需要に対して、使用する車両の駆動特性や補機の特性、電力供給システムの損失などを考慮して、必要な電力量として予め設定される。また、総消費電力量は、例えば、電力会社と鉄道・新交通事業者で決めた契約電力量の一日分に相当する値を設定することもできる。さらに、単位時間電力量で設定する、時間帯により設定値を予め変えて設定する、途中で設定を変更することも可能である。
【００１７】
また、電力量に代えて、電力値として設定することも可能である。
さらにスマートグリッドからデマンドレスポンスの要請がある場合には、その規制値を設定することも可能である。
なお、総電力消費量の低減の必要のない場合には、十分大きい値を設定しておくことも可能である。
【００１８】
電力需給制御機能部Ｆ２は、変電所の変換器や蓄電装置、自然エネルギーによる発電機といった電力供給機能を実現する機器における出力等を調整して電力供給を制御し、電力需給計画に則して変電所等における電力供給機器の制御を行う。
【００１９】
電力供給機能部Ｆ３は、変電所の変換器や蓄電装置、太陽光、風力等の自然エネルギーによる発電機として実現され、列車１１に電力を供給する。
【００２０】
列車在線位置検出機能部Ｆ４は、地上で列車位置を計測する。例えば、軌道回路を用いて実現することができる。
【００２１】
列車群運行制御機能部Ｆ５は、後述する地上−車上伝送機能部Ｆ６を用いて、列車１１上で実現されている列車走行制御機能部Ｆ７に対して指令を送信して列車群の運行を制御する。
【００２２】
地上−車上伝送機能部Ｆ６は、地上伝送装置４１、無線通信ネットワーク４２及び車上伝送装置４３として実現され、列車群運行制御機能部Ｆ５から送信される指令を列車走行制御機能部Ｆ７に伝送する。
【００２３】
列車走行制御機能部Ｆ７は、列車群運行制御機能部Ｆ５により送信された指令に基づいて、自列車の走行を自動的に制御する。この列車走行制御機能部Ｆ７に代えて、列車走行支援機能を用いるように構成することも可能である。この場合には、列車１１の運転士は、列車走行支援機能による走行支援情報に基づいて走行の支援を受けながら運転操作を行うことにより、列車の走行を制御することとなる。なお、現行の鉄道・新交通システムにおいては、電力は列車１１の必要に応じて供給しており、電力制御を行うための、制御する操作端がない場合が多い。この場合には、電力供給システム側の制御は行わず、列車１１ひいては列車群の運行の制御により、電力消費量の制御を行うようにすればよい。
【００２４】
次に第１実施形態の概要動作について説明する。
まず、輸送管理装置１６の動作について説明する。
図３は、輸送管理装置の機能説明図である。
まず、前日の動作を説明する。
輸送管理装置１６は、毎日の輸送に対して、前日に電力需給計画を策定する。
輸送管理装置１６は、予め与えられた運転ダイヤＴＤに基づく列車走行計画と、自然エネルギー電源の発電予測結果と、駅などの付帯設備の電力需要予測結果と、オペレータにより指示された総消費電力量設定値と、を入力として電力需給計画を策定する。
【００２５】
輸送管理装置１６は、例えば、予め与えられた翌日の運転ダイヤＴＤに基づく輸送需要である列車走行計画を３０分単位の電力量で算出する（ステップＳ１１）。
また、輸送管理装置１６は、翌日の天候の予測結果（＝天気予報情報の入力）に基づき過去の実績データから類似度検索を行い、翌日の天候の予測結果に適当な自然エネルギー電源の発電量を３０分単位の電力量で予測する（ステップＳ１２）。
さらに、輸送管理装置１６は、入力された近隣のイベント情報などを用いて駅などの付帯設備の電力需要を３０分単位の電力量で予測する（ステップＳ１３）。
【００２６】
つづいて、輸送管理装置１６は、予測した輸送需要、発電量及び電力需要を考慮して、蓄電装置の充放電制御方法や各変電所の送り出し電圧などのパラメータを決定する（ステップＳ１４）。
【００２７】
次に、当日の動作について説明する。
当日においては、輸送管理装置１６は、前日に設定した電力需給計画値で運用を開始しする。
そして、輸送管理装置１６は、実際の発電情報や電力需給情報、列車の走行情報に基づき、列車群運行制御を行う（ステップＳ２１）。これにより各列車１１の列車走行制御部は、それぞれに対応する列車１１の走行制御を行う（ステップＳ２２）。
【００２８】
そして列車群運行制御の結果に基づき電力需給計画の見直しを必要に応じて実施する（ステップＳ２３）。また、電力需給計画に基づき、電力需給制御演算を行い、例えば変換器運転台数などの各変電所における需給制御の指令値を作成し、各変電所に送信して電力需給制御を行う（ステップＳ２４）。
【００２９】
また、自然エネルギー電源における発電量に対応する発電情報を取得し（ステップＳ２５）、輸送管理装置１６は電力需給制御を行う。
さらに、また、輸送管理装置１６は、列車群運行制御部に、例えば、電力抑制制御モードに入るなどの電力需給制御内容を通知する。
【００３０】
次に運行管理装置１４の列車群運行制御部３５について説明する。
図４は、列車群運行制御部の機能説明図である。
列車群運行制御部３５は、列車１１の走行制御を行う列車走行制御部３５Ａと、列車１１の走行状態（走行履歴）を把握する列車トラッキング部３５Ｂと、を備えている。
列車走行制御部３５Ａには、運転ダイヤＴＤ及び電力需給計画情報が輸送管理装置１６から入力されるともに、列車トラッキング部３５Ｂからび列車在線位置情報を含む走行履歴情報が入力される。
そして、列車走行制御部３５Ａは、各列車１１に対し、制御指令である到達位置目標情報及び制限速度情報を各列車１１に載置されている走行制御部３６に出力する。なお、制御指令としては、速度目標情報や、加減速度目標情報を用いるようにすることも可能である。
【００３１】
各列車１１の走行制御部に与えられる到達位置目標情報は、基本的には、運転ダイヤＴＤを決定した時の列車１１の走行軌跡の計画値として設定される。この場合において、駅における利用客の乗降に起因する遅れや、き電電圧降下の影響、乗車率が高い場合の加速力の低下など様々な要因により、必ずしも計画通りには輸送できないことが考えられるため、運転ダイヤＴＤには、これに対処するため余裕時間が設定されている。
【００３２】
そこで、本実施形態では、この余裕時間を利用して消費電力の低減化を図っている。
すなわち、運転ダイヤＴＤにしたがって列車１１が運行されていると見なすことが可能な許容範囲内において、列車１１の速度や加減速度を低下させたり、駅における停車時間を短くすることにより、運行速度の上昇を抑制したりしている。
【００３３】
ここで、運転ダイヤＴＤにしたがって列車１１が運行されていると見なすことが可能な許容範囲内とは、例えば、ある駅における列車到着時刻が「１５時１３分」であるとされている場合に、１５時１３分０秒から１５時１３分５９秒の時間帯に列車が到着、すなわち、１５時１３分台に列車が到着するような場合である。
なお、実際に計画に対して遅れが生じた場合には遅れを解消する必要があり、その際にも、遅れを一気に解消するのではなく、徐々に解消するなどにより、消費エネルギー量がいたずらに増加することを防止するようにしている。
【００３４】
次に列車の走行制御処理について説明する。
図５は、走行制御処理の処理フローチャートである。
列車の運行の流れに沿って以下の手順で列車群の走行の制御が行われる。
まず、運行管理装置１４は、輸送管理装置１６の制御下で、運転開始前に、運転ダイヤＴＤの到着ダイヤ時刻と出発ダイヤ時刻に従い、到着目標時刻と出発目標時刻を同時刻で設定する（ステップＳ３１）。
ここで、到着ダイヤ時刻と出発ダイヤ時刻は、運転ダイヤＴＤとして、利用客に示されるものである。
【００３５】
次に運行管理装置１４は、各列車１１の駅到着時（始発駅では出発前に）、各列車の当駅から次駅までの走行スケジュールを検討し、出発予定時刻と次駅の到着目標時刻を決定する（ステップＳ３２）。ここで走行スケジュールと言っているのは、運転ダイヤを基本とした、列車の走行軌跡の計画値という意味である。
【００３６】
続いて、運行管理装置１４は、ステップＳ３２で設定した走行スケジュールに従い、各時刻ステップ（＝列車の制御状態の確認タイミングに相当）に応じた列車位置を算出し、各時刻ステップに対する列車の到達位置目標値とする。また、運行管理装置１４は、算出した列車の速度やノッチなどの運転操作に関する情報を対にして記憶しておく（ステップＳ３３）。列車１１に送信するタイミングは駅出発前などとするが、等間隔の周期で送信しても良い。
そして、運行管理装置１４は、各時刻ステップにおいて到達位置目標値とのずれを確認し、ずれが設定値以上の場合には、走行スケジュールの再計画を実施する（ステップＳ３４）。
【００３７】
上記走行制御処理において、列車走行に関わる制約は、勾配・曲線半径といった軌道条件や車両の駆動性能、き電系統システムの容量といったハード的な制約のほかに、運転ダイヤＴＤによる制約、安全走行維持のための制約、消費エネルギーに関する制約、乗り心地確保のための制約がある。また、外乱として、乗客がある。
さらに実際の列車の在線位置を在線検知装置により検出し、列車の走行状態をトラッキングし、列車走行制御部にフィードバックしている（ステップＳ３５）。
【００３８】
次により詳細に列車群の運行制御について説明する。
図６は、列車群の運行制御の説明図である。
図６において、説明の簡略化のため、路線には、駅ＳＴ１〜駅ＳＴ４の四つの駅があり、列車１１Ａ及び列車１１Ｂのみが走行するものとする。さらに、列車１１Ａ及び列車１１Ｂについて、駅ＳＴ１から駅ＳＴ２、駅ＳＴ３を経由して、駅ＳＴ４に向かって走行するものとする。
図６において、左側に示したものが運転曲線であり、右側に示したものが走行スケジュールである。
【００３９】
走行スケジュールにおいては、図６の中央部から右部に示すように、縦軸が位置であり、横軸が時刻となっている。
走行スケジュールにおいて△印は、駅到着時刻であり、輸送サービスの立場から、早まることはあっても遅くならないように走行制御を行いたいものである。
【００４０】
また、○印は、駅出発時刻であり、輸送サービスの立場から、遅くなることはあっても早まることはないようにしたいものである。この○印に相当する時刻は分単位（秒単位切り捨て）で乗客に、いわゆる、時刻表として提示されているものであり、乗客はこの出発時刻に基づいて行動することが多いため、計画の値に対し変更がないことが望ましい。
【００４１】
一方、この走行スケジュールは、もともとは運転ダイヤとして、軌道条件、車両性能、き電系統条件、信号保安システム条件、遅延回復余力などを考慮して決定したものであり、これに逸脱せず列車群を走行させることが輸送の安定性に寄与する。
そして、図６の左部に示す運転曲線においては、駅間における速度の変化が時間とともに示されている。
したがって、通常運転状態において、乗客数の変動などを考慮しないとした場合に、運転曲線にしたがって、列車１１の運行を行えば、走行スケジュールにしたがった列車群の運行が行えることとなっている。
【００４２】
次に列車におけるエネルギー消費と列車の走行制御との関係について説明する。
図７は、列車におけるエネルギー消費の仕組みの説明図である。
図７に示した運転曲線を実現する典型的な例では、図７（ａ）に示すように、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間において、駅ＳＴ１の出発時に最高速度までは高加速力で速度を上げる。
【００４３】
その後、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の時間は、惰行を行い、駅ＳＴ２の停車位置に精度良く停車できるようブレーキを時刻ｔ３から動作させる。
ところで、図７（ｂ）に示すように、近年、ブレーキを動作させた場合に、回生電力が発生する車両が増加している。このように、走行に関わる消費エネルギー量は、駅間の距離と加減速度・最高速度、惰行時間などの関係で、駅間走行所要時間とともに決まる。
したがって、運転／停止を繰り返すことは消費電力量や到達時間の増加につながることとなるので、列車群運行制御部、ひいては、列車走行制御部では、リアルタイムに、各列車の走行位置が目標とする列車走行位置に追従するよう、制御を行っている。
【００４４】
図８は、列車群運行制御における計算過程の模式図を示したものである。
「現在時刻」と記載した時刻での動作を以下に説明する。
駅ＳＴ２の出発予定時刻と駅ＳＴ３への到着目標時刻により設定された時刻対到達位置目標に対して、ずれが発生したとする。
【００４５】
この場合、このずれを解消するために列車群走行スケジュールを変更する。
各列車１１の走行スケジュールを決定する方法を以下に説明する。
列車群運行制御部が、各列車１１に与える走行スケジュールは、総遅延時間推定値ＴＤＬ及び各列車１１を運行するのに必要な列車所要エネルギーＴＥ後述する制約条件の下で、次の評価関数Ｊが最小になるように決定する。
Ｊ＝ｋ１・ＴＤＬ＋ｋ２・ΣＴＥ
ここで、ｋ１，ｋ２は、重み係数である。
【００４６】
総遅延時間推定値ＴＤＬは、例えば、次式により算出する。
ＴＤＬ＝  Σｉ＝１，ＩΣｎ＝１，Ｎ（到着目標時刻（駅ＳＴｎ，列車ｉ）
−到着ダイヤ時刻（駅ＳＴｎ，列車ｉ））
列車所要エネルギーＴＥは、例えば、駅間ｍ及び列車ｉをパラメータとする駅間所要エネルギーＳＩＥを用いて次式により算出する。
列車所要エネルギーＴＥ＝  Σｉ＝１，ＩΣｍ＝１，Ｍ（ＳＩＥ（駅間ｍ，列車i））
【００４７】
この場合において、駅間所要エネルギーＳＩＥの算出については、既に過ぎた時刻のものは、列車の時刻と位置の情報を用いて計画の運転曲線を参考に推定する。将来の時刻のものについては、車両性能と路線条件などから走行スケジュールを更新し、予測値を算出する。照明、ドアの開閉、空調装置の運転等の駅に停車中の消費エネルギーも考慮して駅間所要エネルギーＳＩＥを算出する。
【００４８】
このとき、列車との情報伝送において、列車速度を送信している場合には、この値を使用することも可能である。
過去の実績消費電力については、忘却係数を乗じることにより、考慮する量を加減することも可能である。
【００４９】
制約条件として、以下のものが挙げられる。
（１）運転ダイヤによる制約
到着目標時刻（駅ＳＴｎ，列車ｉ）≦到着ダイヤ時刻（駅ＳＴｎ，列車ｉ）＋ｔｋａ
出発目標時刻（駅ＳＴｎ，列車ｉ）≧出発ダイヤ時刻（駅ＳＴｎ，列車ｉ）＋ｔｋｄ
ここで、ｔｋａ、ｔｋｄ［秒］は、調整定数である。
この調整定数ｔｋａ，ｔｋｄを適当に選ぶことにより、遅延を許可することも可能である。
（２）安全走行維持のための制約
（２．１）列車間の間隔制御における制約
下り線について、各列車について以下とする。
列車位置予測値（後続列車，ｔ＋Δｔ）≦列車位置（先行列車，ｔ）
−保安距離（後続列車，ｔ）
【００５０】
ここで、ｔは時刻［秒］を表し、ｔ＋Δｔは、時刻ｔからΔt秒後の時刻を表す（以下、同様）。
保安距離は、以下とする。
保安距離＝停止距離＋位置余裕距離＋位置検出誤差
停止距離については、該当する列車の現在の速度から停止に至るまでの距離とする。なお、列車の現在の速度から停止に至るまでの距離に代えて、先行列車の停止距離から後続列車の停止距離を差し引いたものとすることもできる。
上り線についても同様とする。
【００５１】
（２．２）停止限界位置過走防止制御における制約
列車位置予測値（列車ｉ，ｔ＋Δｔ）≦停止限界位置−保安距離（列車ｉ，ｔ）
（２．３）速度制御における制約
列車速度予測値（列車ｉ，ｔ＋Δｔ）≦列車制限速度（列車ｉ，ｔ＋Δｔ）
ここで、列車ｉの時刻ｔ＋Δｔにおける列車制限速度は、以下の通りであり、上り線、下り線などの走行路別に算出する。
列車制限速度（列車ｉ，ｔ＋Δｔ）＝制限速度（列車位置（列車ｉ，ｔ＋Δｔ））
【００５２】
（３）消費エネルギーに関する制約
各列車の消費エネルギーについては、電力需給計画により、その目標値が決定されている。各列車の消費エネルギーの目標値は、例えばパンタ点電圧を車両走行性能仕様で設定された値（例えば１５００Ｖ、１３５０Ｖ）、乗車率を１００％として、運転ダイヤにしたがって列車の走行を計算機シミュレーションし、得られた電力量として算出する。この消費エネルギー目標値に対して、ずれを少なくするように制御を行うために、制御ずれの許容値をＥｋとおき、以下の制約を立てる。
エネルギー所要量予測値（列車ｉ，ｔ＋Δｔ）
≦エネルギー所要量計画値（列車ｉ，ｔ＋Δｔ）＋Ｅｋ
Σｉ＝１，Ｉエネルギー所要量予測値（列車ｉ，ｔ＋Δｔ）
≦総エネルギー所要量計画値（ｔ＋Δｔ）
消費エネルギーに関しては、時々刻々の消費エネルギーの目標値に合わせるとともに、最終累積値の計画値以下に抑えることも可能である。
【００５３】
（４）乗り心地の制約
乗り心地の評価については、列車の進行方向に対する加減速度の絶対値を使用する。
｜列車加減速度（列車ｉ，ｔ＋Δｔ）｜≦乗り心地許容値定数（列車ｉ）
また、加減速度の絶対値に代えて、加減速度の微分値の絶対値を使用することも可能である。
|列車加減速度の微分値（列車i，ｔ＋Δｔ）｜
≦乗り心地ジャーク許容値定数（列車i）
【００５４】
各列車に与える到達位置目標と制限速度の情報や運転操作データ等は、上述した評価関数と制約条件により定式化され、一般的な最適化問題の解法により決定することができる。また、最適化計算でなく、ロジック化して決定することも可能である。この際、算出は、例えば１００ｍｓといった定周期で行う方法や、駅出発のたびに次駅までの走行方法を規定するといった方法など、対象とする鉄道・新交通システムの特徴に合わせて決定することができる。
【００５５】
このようにして、列車運行に対する総消費電力量（電力使用設定値）が設定され、この総消費電力量（電力使用設定値）を超えないように、運転ダイヤＴＤに基づき電力需給計画を行い、電力需給計画にしたがって電力と列車運行の両方を考慮した制御を行うことにより、総消費電力量を管理した状態で列車運行が実現できる。
【００５６】
したがって、本第１実施形態によれば、省エネに対応した総消費電力量を設定することにより、列車運行の省エネ化を図ることが可能となる。
また、鉄道・新交通システムに対して、電力消費量の削減要請が課せられた場合にも、前記電力使用設定値を変更することにより、対応が可能になる。
【００５７】
また、以上の説明においては、鉄道・新交通システムにおける列車の走行エネルギーの算出について、列車１１の走行所要電力の総和＝総消費電力量とした。これは一例であり、架線もしくは第三軌条などによる電気鉄道においては、き電系統による損失も発生する。したがって、列車の消費電力や回生電力の推定モデルやき電系統のモデルを用い、計算機シミュレーションにより、将来の走行に応じた消費電力を推定し、これを評価指標のひとつとして使用することも可能である。
【００５８】
［２］第２実施形態
図９は、第２実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。
図９において、図２と同様の部分には、同一の符号を付すものとし、その詳細な説明を援用する。
図９の電気鉄道システム１０Ａが、図２の電気鉄道システム１０と異なる点は、地上で列車の在線位置を検出する列車在線位置検出機能部Ｆ４に代えて、列車１１の車上で自車位置を検出して地上−車上伝送機能部Ｆ６を介して、列車群運行制御機能部Ｆ５に通知する列車位置検出機能部Ｆ８を備えた点である。
【００５９】
列車位置検出機能部Ｆ８としては、車両に敷設された速度発電機やＧＰＳ測位装置等を使用することが可能である。この場合において、地上−車上伝送機能部Ｆ６は、双方向通信が可能である必要がある。
本第２実施形態によれば、列車の位置をメートル単位の精度で検出することが安価に可能となり、より精度良く列車運行制御を行う事ができる。地上の在線検知装置３４が不要となり、システム構築をより安価に実現できる。
【００６０】
［３］第３実施形態
図１０は、第３実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。
図１０において、図２と同様の部分には、同一の符号を付すものとし、その詳細な説明を援用する。
【００６１】
図１０の電気鉄道システム１０Ｂが、図２の電気鉄道システム１０と異なる点は、列車１１に使用電力量検出機能部Ｆ９を搭載している点である。
本第３実施形態によれば、列車内部で常に自列車１１の消費エネルギーが計測でき、列車１１内で閉じた形で消費エネルギー低減化に向けた対策（例えば、冷暖房や、照明の省エネ制御等）を容易に付加することが可能となる。
【００６２】
［４］第４実施形態
図１１は、第４実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。
図１０において、図２と同様の部分には、同一の符号を付すものとし、その詳細な説明を援用する。
図１１の電気鉄道システム１０Ｃが、図２の電気鉄道システム１０と異なる点は、発電制御機能部Ｆ１０を備えている点である。
【００６３】
この発電制御機能部Ｆ１０は、図示しない太陽光発電装置や風力発電装置などの自然エネルギーを利用した発電装置（発電手段）を有する鉄道・新交通システムに対して、発電された電力を有効に使用するために、発電量の予測を行う機能である。
本第４実施形態によれば、発電装置（発電手段）を導入した路線に対しても、第１実施形態と同様に省エネに対応した総消費電力量を設定することにより、列車運行の省エネ化を図ることが可能となり、消費電力量の削減要請が課せられた場合にも、予め設定する総消費電力量を変更することにより、対応が可能の作用効果を得ることができる。
【００６４】
［５］実施形態の効果
以上の説明のように、各実施形態によれば、省エネに対応した総消費電力量を設定することにより、列車運行の省エネ化を図ることが可能となる。
また、電気鉄道システムに対し、消費電力量の削減要請が課せられた場合にも、予め設定する総消費電力量を変更することにより、対応が可能になる。
【００６５】
［６］実施形態の変形例
以上の説明においては、輸送管理装置と、電力管理装置と、運行管理装置と、を別の装置として構成していたが、輸送管理装置と電力管理装置の二つの装置の機能を持った装置、輸送管理装置と運行管理装置の二つの装置の機能を持った装置、あるいは、三つの装置の機能を持った装置、のいずれかとして一体の装置として構成することも可能である。
【００６６】
以上の説明においては、運行ダイヤにしたがった運行制御として、運行ダイヤで規定される到着時刻、発車時刻の時分が変わらない時間範囲で列車の走行速度を変更するように構成していたが、余裕を見ている範囲内で、運行ダイヤで規定される時分が変わる時間範囲で列車の走行速度を変更するように構成することも可能である。
【００６７】
以上の説明においては、輸送管理装置１６、電力管理装置１２及び運行管理装置１４の構成については、詳細に述べなかったが、これらの装置は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
また、上記各実施形態の輸送管理装置で実行される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
【００６８】
また、上記各実施形態の輸送管理装置で実行される制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、上記各実施形態の輸送管理装置で実行される制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、上記各実施形態の輸送管理装置の制御プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【００６９】
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、その他の様々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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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】
【００７０】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  電気鉄道システム
１１    列車
１２    電力管理装置
１３    鉄道電力供給システム
１４    運行管理装置
１５    運行管理システム
１６    輸送管理装置
２７    トロリー線
２８    線路
２９    通信ネットワーク
３１    通信ネットワーク
３２    拠点装置
３３    分岐装置
３４    在線検知装置
３５    列車群運行制御部
３５Ａ  列車走行制御部
３５Ｂ  列車トラッキング部
３６    走行制御部
４１    地上伝送装置
４２    無線通信ネットワーク
４３    車上伝送装置
Ｆ１    輸送管理機能部
Ｆ２    電力需給制御機能部
Ｆ３    電力供給機能部
Ｆ４    列車在線位置検出機能部
Ｆ５    列車群運行制御機能部
Ｆ６    地上−車上伝送機能部
Ｆ７    列車走行制御機能部
Ｆ８    列車位置検出機能部
Ｆ９    使用電力量検出機能部
Ｆ１０  発電制御機能部
【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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【図１０】
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【図１１】
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