(57)【要約】【課題】ランカーブ作成処理部の配置、役割分担の適切化により、管理情報の違いや処理性能の違いを考慮した適切な列車運転支援システムを提供する。【解決手段】本発明の列車運転支援システムは、予測ダイヤを作成する予測ダイヤ作成処理部１０１を備える地上側システム１００と、電動機及びブレーキ制御信号を発信する電動機及びブレーキ制御処理部２０２と、列車位置及び速度を取得して走行実績データを作成する列車位置及び速度取得処理部２０２とを備えた車上側システム２００を有し、予測ダイヤをもとに列車のランカーブを作成するランカーブ作成処理部を地上側システム１００と車上側システム２００の少なくとも一方に備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予測ダイヤを作成する予測ダイヤ作成処理部を備える地上側システムと、
電動機及びブレーキ制御信号を発信する電動機及びブレーキ制御処理部と、列車位置及び速度を取得して走行実績データを作成する列車位置及び速度取得処理部とを備えた車上側システムを有し、
前記予測ダイヤをもとに列車のランカーブを作成するランカーブ作成処理部を前記地上側システムと前記車上側システムの少なくとも一方に備えることを特徴とする列車運転支援システム。
【請求項２】
前記ランカーブ作成処理部は、
前記地上側システムに備えられ想定ランカーブを作成する想定ランカーブ作成処理部であることを特徴とする請求項１の列車運転支援システム。
【請求項３】
前記想定ランカーブを補正する車上ランカーブ作成処理部を前記車上側システムに備えたことを特徴とする請求項２の列車運転支援システム。
【請求項４】
前記走行実績データをもとに前記想定ランカーブを補正する走行ランカーブ作成処理部を前記地上側システムに備え、
前記走行ランカーブを補正する車上ランカーブ作成処理部を前記車上側システムに備えたことを特徴とする請求項２の列車運転支援システム。
【請求項５】
前記走行実績データをもとに前記想定ランカーブを補正する走行ランカーブ作成処理部を前記地上側システムに備えたことを特徴とする請求項２の列車運転支援システム。
【請求項６】
前記ランカーブ作成処理部は、
前記車上側システムに備えられた車上ランカーブ作成処理部であることを特徴とする請求項１の列車運転支援システム。
【請求項７】
前記電動機及びブレーキ制御処理部は、前記電動機及びブレーキ制御信号を列車へ発信することを特徴とする請求項１の列車運転支援システム。
【請求項８】
前記地上側システムを複数有し、
前記ランカーブ作成処理部が、前記複数の地上側システムの管轄区間に重複を持たせてランカーブを作成することを特徴とする請求項１の列車運転支援システム。
【請求項９】
到達時刻を守るべき地点を路線上に設定し、設定された地点の到達時刻を守ることを制約条件としてランカーブの作成を行うことを特徴とする請求項１の列車運転支援システム。
【請求項１０】
駅員又は車掌の入力した情報を前記ランカーブ作成処理部において考慮する条件としたことを特徴とする請求項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】
鉄道車両の運転において、運転士への負担を抑えつつ高度に最適化された列車運行を実現するため、列車の運行を管轄する地上側の列車運行管理システムの持つ情報を活用して各列車の適切な走行プロファイル（具体的には、時々刻々の速度変化、すなわちランカーブ）を計算し、計算した走行プロファイルに従った自動運転または計算したプロファイルを参考とした手動運転が可能となるよう、走行プロファイルを各列車に提供する列車運転支援システムが存在する。このような列車運転支援システムの例として、特許文献１や特許文献２が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０―３２９７１８
【特許文献２】特開２０００―３３５４１９
【特許文献３】特開２００４―０８０８３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
走行プロファイル作成においては、各編成の運動特性を考慮する必要がある。この点を考えれば、運動特性を最も詳細に把握できる車上側装置の判断によって走行プロファイルを作成することが好適であると言える。しかしながら、列車間の間隔等まで考慮して路線全体で最も適切な列車運行を実現するためには、特許文献１や特許文献２のような、地上側装置による走行プロファイルの判断が必要である。あるいは、車上側装置の処理能力に制約がある場合は、車上側だけで閉じた列車運転支援システムを構築することは困難である。
【０００５】
このように、走行プロファイルの判断における地上側装置と車上側装置の役割分担は、列車運転支援システムを構築する上で重要な問題である。しかしながら、上述の特許文献１、２では、この点について何ら触れられていない。
【０００６】
本発明は、ランカーブ作成処理部の配置、役割分担の適切化により、管理情報の違いや処理性能の違いを考慮した適切な列車運転支援システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の列車運転支援システムは、予測ダイヤを作成する予測ダイヤ作成処理部を備える地上側システムと、電動機及びブレーキ制御信号を発信する電動機及びブレーキ制御処理部と、列車位置及び速度を取得して走行実績データを作成する列車位置及び速度取得処理部とを備えた車上側システムを有し、前記予測ダイヤをもとに列車のランカーブを作成するランカーブ作成処理部を前記地上側システムと前記車上側システムの少なくとも一方に備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ランカーブ作成処理部の配置、役割分担の適切化により、管理情報の違いや処理性能の違いを考慮した適切な列車運転支援システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】列車運転支援システムの第１の実施形態を表すブロック図である。
【図２】列車運転支援システムの第２の実施形態を表すブロック図である。
【図３】列車運転支援システムの第３の実施形態を表すブロック図である。
【図４】列車運転支援システムの第４の実施形態を表すブロック図である。
【図５Ａ】想定ランカーブ作成処理の一例を示す。
【図５Ｂ】想定ランカーブ作成処理の一例を示す。
【図５Ｃ】想定ランカーブ作成処理の一例を示す。
【図５Ｄ】想定ランカーブ作成処理の一例を示す。
【図６Ａ】走行ランカーブ作成処理の一例を示す。
【図６Ｂ】走行ランカーブ作成処理の一例を示す。
【図７Ａ】車上ランカーブ作成処理の一例を示す。
【図７Ｂ】車上ランカーブ作成処理の一例を示す。
【図８Ａ】運転支援の連続性を確保することができる例を示す。
【図８Ｂ】運転支援の連続性を確保することができる例を示す。
【図９Ａ】運転支援の例を示す。
【図９Ｂ】運転支援の例を示す。
【図９Ｃ】運転支援の例を示す。
【図９Ｄ】運転支援の例を示す。
【図１０】列車運行上で到達タイミングを守るべき点を設定した例を示す。
【図１１】車掌および駅員からの情報入力が可能な列車運転支援システムの構成の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
鉄道車両の運転において、運転士への負担を抑えつつ高度に最適化された列車運行を実現するため、列車の運行を管轄する地上側の列車運行管理システムの持つ情報を活用して各列車の適切な走行プロファイル（具体的には、時々刻々の速度変化、すなわちランカーブ）を計算し、計算した走行プロファイルに従った自動運転または計算したプロファイルを参考とした手動運転が可能となるよう、走行プロファイルを各列車に提供する列車運転支援システムが存在する。このような列車運転支援システムの例として、特許文献１や特許文献２が提案されている。
【００１１】
ここで、各列車の時々刻々の速度変化を推定するためには、対象となる列車に割り当てられた編成（車両）の運動特性を把握することが不可欠である。具体的には、編成の加速性能、登坂性能、減速性能などの情報を把握する必要がある。さらに、各列車の走行プロファイルを消費エネルギーの観点で最適化することを考慮した場合、投入されているノッチ段数および走行速度に対する対象編成のエネルギー特性まで把握する必要がある。このような編成特性の取り扱いについて、上述の特許文献１では「列車走行案内装置は、自装置内に基本データとして保持している引張力、重量などの車両条件を用いて各列車の運転曲線を推定」とされている（段落００２８参照）。また特許文献２では、システムの保持する車両データが固定値であることが明記されている（図２参照）。すなわちこれらの特許文献が述べるシステムは、静的なデータ（各編成の設計上の運動特性等）を利用して走行プロファイルの算出を行う仕組みとなっていることが分かる。
【００１２】
しかしながら、鉄道車両（編成）の運動特性は、時々刻々と変化する様々な要因によって、設計上で期待された状態と異なる挙動を示すことがある。実際、特許文献３では、「列車特性が乗り心地の向上や停止精度に大きく影響する」（段落０００５参照）とした上で、走行中に車両特性を自動学習する仕組みが提案されている。
【００１３】
このことから、列車運転支援システムにおいても、実際に再現可能な走行プロファイルを各列車に対して提供するためには、各列車に割り当てられた編成の運動特性変化を、走行プロファイル作成の適切な段階で反映する必要があると言える。
編成の運動特性変化をどの段階で走行プロファイルに反映するかを考える上では、列車運転支援システムを構成する地上側装置と車上側装置がそれぞれ管理する情報の違いや、許容される処理性能の違いを考慮する必要がある。
【００１４】
一般的な鉄道システムにおいて、地上側装置は、管轄する路線のダイヤ、各列車の現在の在線位置、転てつ器の状態、信号の状態等の情報を管理する。管轄する路線上に在線している各列車の車上機器によって収集される情報について、ネットワークを介して各編成から情報を収集することが可能であるが、ネットワークの帯域、伝播時間および仲介する各装置での処理時間等により、収集できる情報量や頻度にはある程度の制限がある。また処理性能の観点では、装置を設置する際のスペース等に関する制約が比較的少ないため、必要であれば処理能力の高い計算機を採用することができる。
【００１５】
一方、車上側装置は、自列車の位置や速度、自車両（編成）に搭載された装置の稼動状態等を、ほぼ完全にリアルタイムで取得することができる。他の列車の位置や進行する先の信号機の状態など自列車の周囲の状況については、地上側装置からネットワークを介して提供を受けることが可能であるが、ネットワークの帯域、伝播時間および仲介する各装置での処理時間等により、得られる情報量や頻度にはある程度の制限がある。また処理性能の観点では、装置を設置する際のスペース等に関する制約が大きく、処理能力の低い計算機を使わざるを得ないケースも想定される。
【００１６】
ここで、上述のような編成個別の運動特性変動について考える。特性変動は、車上装置の不調、車輪の空転の発生、天候の変化、乗車率の変化、架線電圧の変化など走行中の列車と直接関わる箇所で生じる要因によって引き起こされるため、車上側装置で知得することは比較的容易であるが、地上側装置でリアルタイムに知得することは困難である。仮に地上側装置がネットワークを介してこれらの情報を知得できたとしても、管轄する路線を走行する全ての編成個々の特性変動を管理し、走行プロファイルに反映することは容易ではない。特に、編成の数や種類が多い場合や、管轄外の路線からの列車の乗り入れがある場合、運動特性データを地上側で管理することは困難である。あるいは、車両の所有・管理と地上設備の所有・管理とが異なる運営主体によって行われている場合、各編成固有の情報を地上側のシステムが保有・管理することは、機能配置上適切であるとは言えない。
【００１７】
このように、走行プロファイル作成に対する各編成の運動特性の反映だけを考えれば、車上側装置の判断によって走行プロファイルを作成することが好適であると言える。しかしながら、列車間の間隔等まで考慮して路線全体で最も適切な列車運行を実現するためには、特許文献１や特許文献２のような、地上側装置による走行プロファイルの判断が必要である。あるいは、車上側装置の処理能力に制約がある場合は、車上側だけで閉じた列車運転支援システムを構築することは困難である。
【００１８】
以上のように、走行プロファイルの判断における地上側装置と車上側装置の役割分担は、列車運転支援システムを構築する上で重要な問題である。しかしながら、上述の特許文献１、２では、この点について何ら触れられていない。
【００１９】
後述する本発明の各実施例は、地上側装置と車上側装置の特長を踏まえて、列車走行に影響を及ぼす要因を、その情報が得られるシステム上の箇所や頻度に対して適切な段階で走行プロファイルに反映し、適切かつ実現可能な走行プロファイルを算出・提供できる列車運転支援システムを構築することを目的とする。
【００２０】
各実施例における列車運転支援システムにおいて、地上側装置は、編成の運動特性を、適当な編成種別ごとに静的な運動特性モデルで一般化し、この一般化されたモデルにおいて適切であると判断される走行プロファイルを、ダイヤ情報や路線データ、路線全体の運行状況等と照らし合わせて作成する。作成した走行プロファイルを車上側装置へ提供し、車上側装置が自編成固有の運動特性の変動をもとに提供されたプロファイルを補正することで、最終的には適切かつ実現可能性のある走行プロファイルを、各車両の制御装置または列車運転士へのインターフェース装置に出力し、走行プロファイルに従った自動運転または走行プロファイルを参考とした手動運転により、適切な列車運行を実現する。
【００２１】
各実施例のシステムによれば、列車の走行プロファイルは、まず路線全体を管轄する地上側システムの判断に基づいて作成される。よって、必要以上の高速走行を行って徒にエネルギーを消費したり、先行列車との間隔を不必要に狭めて無駄な加減速を行ったりすることを抑制し、定時性・省エネ性が高く乗り心地の良い列車運行を実現できる。また、自編成の運動特性を正確に把握した車上側システムの判断に基づいたプロファイルの補正が行われることで、列車運転支援システムの想定と実際の列車運行との乖離が抑えられる。これにより、未来の列車運行に関する予見性が高まり、列車の運転士や指令所の指令員、さらには鉄道利用者に与える混乱を抑えることができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１〜４では、本発明の実施形態を、ブロック図により説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、列車運転支援システムの第１の実施形態を表すブロック図である。列車運転支援システムは、地上側システム１００と車上側システム２００から構成される。
【００２５】
地上側システム１００には、予測ダイヤ作成処理部１０１と、想定ランカーブ作成処理部１０２とがある。
【００２６】
予測ダイヤ作成処理部１０１は、所与の計画ダイヤ、列車の最小の続行間隔等を定めた各種定数、指令員によるダイヤ変更の入力、列車の走行実績、臨時速度制限の設定状況をもとに、現在時刻以降の列車運行状況がどのように推移するかをダイヤとして表した予測ダイヤを作成する。予測ダイヤによって、各列車の停車駅の着・発時刻、通過駅の通過時刻、停車駅で使用する番線、等の情報が定められる。なお、図１では、列車の走行実績を車上側システム２００から取得する例を示しているが、列車位置を知得するために地上側に設置した装置（軌道回路等）から得られる情報をもとに、走行実績を取得してもよい。
【００２７】
想定ランカーブ作成処理部１０２は、予測ダイヤ作成処理部１０１から受け取った予測ダイヤ上の着発時刻、および設定されている臨時速度制限を守るよう、勾配や曲線、恒常的な速度制限等の路線データと、各編成の運動特性に照らして、各列車の走行曲線（ランカーブ）を作成する。なお、ここで使用する編成の運動特性を表すデータは、車上装置状態や天候等による動的な変動を考慮しない、固定のデータである。
【００２８】
さらに図１では、想定ランカーブの作成に対して、進路構成状況や電力供給状況を反映する仕組みを示している。これにより、転てつ器の故障・回復等の不測の事態を含め、対象となる列車の進路構成状況を想定ランカーブに対して適切に反映することができる。また、電力供給状況を考慮することで、当該区間の変電所の供給力を上回るような電力需要が発生しないよう、列車間で力行のタイミングを分散させるようなランカーブを作成することができる。
【００２９】
車上側システム２００には、車上ランカーブ作成処理部２０１、電動機とブレーキの制御処理部２０２、列車位置と速度の取得処理部２０３がある。
【００３０】
車上ランカーブ作成処理部２０１は、自編成の動的な運動特性を加味して、地上側から受け取った想定ランカーブの補正を行う。車上ランカーブ生成処理部が使用する編成の運動特性を表すデータは、車上機器の状態や架線電圧の変動、天候、乗車率、さらには実際の走行実績等をもとに動的に補正されたものである。
【００３１】
さらに図１では、車上ランカーブの作成に対して、刻下のノッチ操作状況やドア扱い状況を反映する仕組みを示している。さらに、自動列車制御装置（ＡＴＣ）等の保安装置が搭載されている場合には、その動作状況を取り込むことで、保安装置の指示と矛盾しないランカーブを作成する。
【００３２】
車上でのランカーブの補正を行った結果、地上側システム１００から当初指定されていた各駅の着発時刻、あるいは通過時刻が守れない場合には、地上側システム１００に対して、予測ダイヤおよび想定ランカーブの再計算要求を行う。
【００３３】
電動機とブレーキの制御処理部２０２は、車上ランカーブ作成処理部２０１が作成した車上ランカーブに示される目標速度を達成できるよう、電動機およびブレーキの制御を行う。
【００３４】
列車位置と速度の取得処理部２０３は、列車の時々刻々の位置・速度の変化をリアルタイムに取得し、走行実績データを作成する。作成された走行実績データは、車上ランカーブの作成処理においてランカーブの補正に反映されるほか、地上側システム１００へ送信されて、予測ダイヤ作成処理部１０１にも反映される。
【００３５】
図１の構成において、地上側システム１００と車上側システム２００の間で、走行実績、想定ランカーブ、および予測ダイヤと想定ランカーブの再計算要求の情報が授受される。具体的には、地上側システム１００が持つ通信装置と、車上側システム２００が持つ通信装置の間で、無線通信によってデータが授受されることを想定する。
【００３６】
図１の構成によれば、列車運行管理の立場から期待される好適な走行プロファイルの作成と、現実の列車走行環境を踏まえた走行プロファイルへの追随を、最小限度の接点を持つよう分離し、地上側と車上側にそれぞれ配置することができる。
【００３７】
また後述のように、想定ランカーブ作成処理は多変数の最適化問題を扱う必要があるため、一般には高度な計算性能が要求される。図１の構成では、地上側システム１００にこの処理を配置し、車上側システム２００はその計算結果に対して必要最小限の補正を行うだけとしており、計算機の処理能力に対する制限の観点からも、好適な配置であると言える。
【００３８】
なお、図１は自動運転を想定したものであり、車上ランカーブの情報を直接、電動機とブレーキの制御処理部２０２へ渡している。これに変わって、車上ランカーブの情報を適当な方法で視覚化して運転士に提示し、運転士のノッチ操作によって電動機とブレーキを制御する仕組みとしても良い。この場合、車上ランカーブ作成処理部２０１が作成した車上ランカーブは、電動機とブレーキの制御処理部２０２へ入力された後、列車の運転士に対して運転操作を支援するための情報（守るべき目標速度、投入すべきノッチ段数等）を発信する。これを受けた表示部を介して運転士が情報を確認し、ノッチ操作を行うことで、電動機とブレーキの制御が行われる。
【００３９】
（第２の実施形態）
図２は、列車運転支援システムの第２の実施形態を表すブロック図である。図１との相違点として、地上側システム１００に、走行ランカーブ作成処理部１０３を備えている。
【００４０】
図２において、想定ランカーブ作成処理部１０２は、進路構成状況や電力供給状況などの変動性の高い情報を考慮せず、専ら予測ダイヤに準拠した想定ランカーブを作成する。走行ランカーブ作成処理部１０３は、進路構成状況や電力供給状況などの変動性の高い情報を考慮し、さらに実際の走行実績を踏まえて、想定ランカーブ作成処理部１０２から受け取った想定ランカーブに対する補正を行って走行ランカーブを作成する。補正を行った結果、当初指定されていた各駅の着発時刻、あるいは通過時刻が守れない場合には、予測ダイヤおよび想定ランカーブの再計算要求を行う。
【００４１】
なお、走行ランカーブ作成処理も地上側システム１００の機能であるため、ランカーブの作成時に必要な編成の運動特性に関するデータは固定値とし、車上側システム２００との役割の明確な分離を行うことを想定する。
【００４２】
図２の構成によれば、予測ダイヤ上で考慮することのできる情報をもとにした想定ランカーブの作成と、予測ダイヤから直接読み取ることが難しいような、進路構成状況や電力供給状況の細かな変動を反映した走行ランカーブの作成と、を分離することができる。このような処理の分離は、特に、ダイヤを扱う装置が中央指令室に配置され、進路構成を扱う装置が各駅に配置されたような分散型の運行管理システムにおいて有利である。即ち、想定ランカーブ作成処理部１０２を中央指令室に、走行ランカーブ作成処理部１０３を各駅に配置することで、ランカーブの作成処理を、ランカーブ作成に必要な情報の発生源と同じ箇所で実施することができる。また、走行ランカーブ作成処理部１０３において、走行実績をリアルタイムに反映して１次的なランカーブの補正を行っておくことで、車上側システム２００で必要なランカーブの補正量を縮小し、車上側システム２００の負うべき処理負担をさらに低下させることができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図３は、列車運転支援システムの第３の実施形態を表すブロック図である。図２との相違点として、車上側システム２００は車上ランカーブ作成の処理を持たず、代わって地上側システム１００から受け取った情報を運転士に対して提示する運転支援情報提示処理部２０４を備えている。
【００４４】
運転支援情報提示処理部２０４は、地上側システム１００から受け取った走行ランカーブの情報をもとに、列車の運転士に対して運転操作を支援するための情報（守るべき目標速度、投入すべきノッチ段数等）を提示するための信号を提示装置に発信する。また、運転支援情報提示処理部２０４は、ノッチ操作状況やドア扱い状況、保安装置（ＡＴＣ等）の動作状況を参照し、これらと矛盾の無い支援情報を提示するための信号を発信する。これを受けて運転士がノッチ操作を行うことで、電動機とブレーキの制御が行われる。
【００４５】
図３の構成であれば、車上側システム２００は運転士とのインターフェースの機能と走行実績の収集機能だけを担う。既存の編成に対して、最小限度の改修によって運転支援の機能を付加したい場合に好適である。
【００４６】
なお、図３の構成における地上側システム１００を、図１の構成における地上側システム１００と入れ替えることも可能である。即ち、地上側システム１００におけるランカーブ作成処理を想定ランカーブ作成処理の１段のみとし、作成された想定ランカーブを車上側へ伝送して、車上側システム２００の運転支援情報提示処理部２０４にて運転士に対して提示する情報を発信する構成としてもよい。
【００４７】
（第４の実施形態）
図４は、列車運転支援システムの第４の実施形態を表すブロック図である。図１との相違点として、地上側システム１００はランカーブの生成に関わる処理を持たず、予測ダイヤ作成処理部１０１が作成した予測ダイヤ、および進路構成状況や電力供給状況などの地上側で発生しランカーブの作成に影響を及ぼす情報を、車上側システム２００へ送信する。車上側システム２００の車上ランカーブ作成処理部２０１は、予測ダイヤおよび進路構成状況や電力供給状況をもとに、自列車のランカーブを一から作成する。
【００４８】
車上側システム２００の計算機性能が十分に高い場合は、図４の構成とすることで、地上側システム１００の構成を最小限度とし、各列車が自律的に判断して走行するシステムを構築することができる。
【００４９】
（ランカーブ作成処理）
図５以降では、図１〜４に挙げた各ランカーブ作成処理の概要について説明する。
【００５０】
図５では、想定ランカーブ作成処理の一例を示す。
【００５１】
図５Ａのように、想定ランカーブ作成処理は、最速ランカーブ作成処理、余裕時分反映処理、エネルギー最適化処理からなる。
【００５２】
最速ランカーブ作成処理は、路線データ、編成特性、および臨時速度制限の設定状況から、計算対象となる区間を対象の編成が最も速く走った場合のランカーブを演算する。具体的な演算としては、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、最大力行における牽引力と列車重量、路線データをもとに運動方程式を解く。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、常用最大ブレーキによる減速力と列車重量、路線データをもとに運動方程式を解く。このようにして演算を行うと、図５Ｂのような最速ランカーブが得られる。
【００５３】
次に、余裕時分の反映処理を行う。列車のダイヤには通常余裕時分が含まれており、図５Ｂのような最速ランカーブに従った走行を行うとダイヤに対して早着するため、速度を適当に低下させることにより走行時分を調整する。具体的には、図５Ｃのように最高速度を低下するか、または図５Ｄのように惰性走行を行うことで、走行時分を調整する。なお、列車が遅延している場合等、余裕時分が全く無い場合には、最速ランカーブがそのまま想定ランカーブとなる。
【００５４】
続いて、エネルギーの最適化を行う。具体的には、あるランカーブrに対して、このランカーブrに従って走行した場合の消費エネルギーを表す汎関数E(r)について、変分法によって適当な条件下での極値を求めればよい。なお、ここにおける適当な条件とは、ランカーブの始端・終端における境界条件の他、編成特性上の加減速度の上限や、先行列車との列車間隔の確保などが考えられる。
【００５５】
なお図５Ａでは、余裕時分の反映とエネルギー最適化を別々に行う例を示したが、これらを同時に行っても良い。例えば、図５Ｃ、図５Ｄのような最高速度の抑制と惰性走行の実施のさまざまな組み合わせに対して、走行時に消費するエネルギーの予測値を算出し、エネルギー消費量の最も少ない組み合わせとなったときのランカーブを想定ランカーブとして出力しても良い。
【００５６】
図６では、走行ランカーブ作成処理の一例を示す。
【００５７】
図６Ａのように、走行ランカーブ作成処理は、制約設定処理、ランカーブ補正処理、予測ダイヤ・想定ランカーブ再計算要否判定処理からなる。
【００５８】
制約設定処理は、進路構成状況や電力供給状況をもとに、ランカーブを補正する上での制約条件を設定する。具体的には、変電所容量が逼迫した場合に、他の列車の力行が終了するまで当該列車の出発を抑止したりする等の例が考えられる。このように、現場側の事情によって出発時刻が遅れることで、想定ランカーブの作成時に期待していた余裕時分が削られることとなる。
【００５９】
ランカーブ補正処理は、制約設定処理によって決定された新たな余裕時分、およびランカーブ作成上の制約条件の下で、想定ランカーブにおける指定の到着時刻を守るように想定ランカーブを補正し、走行ランカーブを作成する。なお、ここでの「指定の到着時刻」とは、停車駅の着時刻に限らず、駅間の適当な位置に地点を設定し、その地点の通過時刻を設定しても良い。具体的には、図６Ｂのように、制限速度を超えない範囲で最高速度を上昇させたり、惰性走行の区間を短縮したりして、削られた余裕時分を補償する。
【００６０】
予測ダイヤ・想定ランカーブ再計算要否判定処理では、補正後の走行ランカーブが想定ランカーブにおける指定の到着時刻を守れるかどうかを判定し、守れない場合には、予測ダイヤおよび想定ランカーブの再計算を要求する。具体的には、設定された制約条件の下で最速となるパターンで走行してもなお遅れが発生するような場合に、その最速のパターンでの到着時刻を新たな目標到着時刻とするような予測ダイヤ、および想定ランカーブの作成を要求する。
【００６１】
なお、図６では、想定ランカーブ作成処理から与えられた想定ランカーブを部分的に加工することによって走行ランカーブを作成する手順を示したが、想定ランカーブ作成処理と同様の手順によって、与えられた条件下での最も適当なランカーブを一から作成しても良い。
【００６２】
また、ランカーブに対して進路構成状況や電力供給状況を反映する処理を想定ランカーブ作成処理に組み込めば、図１のように想定ランカーブ作成の段階でこれらの状況まで反映することができる。
【００６３】
図７では、車上ランカーブ作成処理の一例を示す。
【００６４】
図７Ａのように、走行ランカーブ作成処理は、走行ランカーブ作成処理と同様に、制約設定処理、ランカーブ補正処理、予測ダイヤ・想定ランカーブ再計算要否判定処理からなる。
【００６５】
制約設定処理は、ノッチ操作状況やドア扱い状況、保安装置動作状況をもとに、ランカーブを補正する上での制約条件を設定する。具体的には、ドア閉扉が確認されるまで出発を抑止したり、ＡＴＣのブレーキパターンに接近した場合に目標速度を低下させたりする例が考えられる。このように、車上側で検出された理由によって、地上側システム１００のランカーブ作成時に期待していた余裕時分が削られることとなる。
【００６６】
ランカーブ補正処理は、制約設定処理によって決定された新たな余裕時分、およびランカーブ作成上の制約条件の下で、地上側システム１００が作成したランカーブにおける指定の到着時刻を守るようにランカーブを補正し、車上ランカーブを作成する。なお、ここでの「指定の到着時刻」とは、停車駅の着時刻に限らず、駅間の適当な位置に地点を設定し、その地点の通過時刻を設定しても良い。また、車上ランカーブ作成処理におけるランカーブ補正処理は、動的な変動を考慮した編成特性を元にランカーブの補正を行う。具体的には、図７Ｂのように、当該編成固有の運動特性の下で、制限速度を超えない範囲で最高速度を上昇させたり、惰性走行の区間を短縮したりして、削られた余裕時分を補償する。逆に、当該編成固有の運動特性が本来期待される運動特性を上回るような場合には、捻出される余裕時分を消化するよう、最高速度の抑制や惰性走行区間の延長を行う。
【００６７】
予測ダイヤ・想定ランカーブ再計算要否判定処理では、補正後の車上ランカーブが、地上側から与えられたランカーブにおける指定の到着時刻を守れるかどうかを判定し、守れない場合には、予測ダイヤおよび想定ランカーブの再計算を要求する。具体的には、設定された制約条件の下で最速となるパターンで走行してもなお遅れが発生するような場合に、その最速のパターンでの到着時刻を新たな目標到着時刻とするような予測ダイヤ、および想定ランカーブの作成を要求する。
【００６８】
なお、図７では、想定ランカーブ作成処理から与えられた想定ランカーブを部分的に加工することによって走行ランカーブを作成する手順を示したが、想定ランカーブ作成処理と同様の手順によって、与えられた条件下での最も適当なランカーブを一から作成しても良い。あるいは、種々の条件下での最適なランカーブを予め計算してデータベースに蓄積しておき、走行中にそのデータベースを検索する方法としても良い。
【００６９】
以上、図５〜図７に示したランカーブの作成方法はあくまでも一例であり、これらと異なる他のランカーブ作成方法によって、図１〜４の列車運転支援システムを実現しても良い。
【００７０】
地上側システム１００の作成したランカーブを車上側システム２００が補正する構成とすることで、路線を複数の区間に分割し、それぞれの区間についてその区間を管轄する地上側システム１００が独立してランカーブを作成するような場合でも、運転支援の連続性を確保することができる。
【００７１】
図８Ａは、列車の進行方向前方と後方をそれぞれ互いに独立した地上側システム１００が管轄している場合で、車上側システム２００に対して両者が与えるランカーブが、地上側システム１００の境界で不連続となっているケースを示す。この場合、地上側システム１００の境界を跨いだ瞬間に目標速度が急に変化するため、車上側システム２００がこの目標速度に対して単純に追従しようとすると、車体の揺動を発生させる恐れがある。
【００７２】
ここで、図８Ｂのように、地上側システム１００の境界に、前方・後方両方の地上側システム１００からランカーブが与えられる重複区間が設定されているとする。図１、２のような構成の場合、車上側システム２００は、地上側から与えられたランカーブを補正して、最適な走行パターンを自ら作成することができる。従って、２つの異なる目標速度が与えられた場合にも、前方側から与えられた目標速度に滑らかに追従するような補正ルールを車上側システム２００に持たせることで、不用意な揺動を発生させることなく、安定して列車を走行させることができる。
【００７３】
（運転支援の例）
図９では、本発明の各実施形態に示した列車運転支援システムを用いることで、各列車が互いの状況を考慮せずに勝手に走行プロファイルを判断した場合と比べて、より好適な列車運行が実現されるケースを示す。
【００７４】
図９Ａは、臨時速度制限が設定された場合の、先行列車との間隔を考慮した運転支援の例を示す。９１０１は、先行列車である列車１の、臨時速度制限設定区間手前の走行における列車位置の時間変化を表す。
【００７５】
９１０２ａは、後続列車である列車２が、臨時速度制限設定区間手前で速度を上げて走行した場合の運転曲線を表す。また、９１０２ｂは、９１０２ａのように走行した場合の列車位置の時間変化を表す。臨時速度制限の設定は列車の遅れを引き起こすため、定時性を守るために、臨時速度制限設定区間手前で速度を上げて走行するという列車２の判断は、一見すると妥当であるように考えられる。
【００７６】
しかしながら、図９Ａの例では、先行の列車１が存在しており、列車２は先行の列車１と一定の間隔δ以上を確保する必要がある。よって、結局は９１０３ａ、９１０３ｂのように速度を抑えて走行しても、結果的に発生する遅れは変わらず、走行時に消費するエネルギーは抑えることができる。
【００７７】
地上側システム１００は、管轄範囲内の全ての列車位置を常に把握しているため、９１０３ａ、９１０３ｂのような無駄の少ない走行プロファイルを容易に作成することができる。
【００７８】
図９Ｂ、９Ｃは、先行列車が駅に停車しようとする際に、先行列車との間隔を適切に保って後続列車を走行させるための運転支援の例を示す。
【００７９】
図９Ｂは、先行の列車１と後続の列車２が、両方とも次駅の同番線に停車する場合を示す。９２０１は、先行の列車１が駅に一定時間停車してから発車するまでの、列車位置の時間変化を表す。
【００８０】
いま、後続の列車２は、列車１が当該駅を出発し、列車２の進路が構成される時刻ｔ０まで、当該の番線に進入できない。従って、先行の列車１が遅延している等で列車間隔が十分に取れていない場合に、後続の列車２が走行プロファイルを独自に判断すると、９２０２ａ・９２０２ｂのように、入場進路の手前で機外停止するような、非効率な走行となる。一方、９２０３ａ、９２０３ｂのように、駅の十分手前から速度を落として走行すれば、機外停止を避けたスムーズな列車運行を実現できる。
【００８１】
地上側システム１００は、管轄範囲内の全ての列車位置および進路構成状況を常に把握しているため、９２０３ａ、９２０３ｂのような無駄の少ない走行プロファイルを容易に作成することができる。
【００８２】
図９Ｃは、先行の列車１が駅に停車し、後続の列車２が同駅を通過して列車１を追い抜く場合を示す。９３０１は、先行の列車１が駅に停車するまでの列車位置の時間変化を表す。
【００８３】
いま、後続の列車２は、列車２の進路構成が完了する時刻ｔ０まで駅に入場することができない。従って、先行の列車１が遅延している等で列車間隔が十分に取れていない場合に、後続の列車２が走行プロファイルを独自に判断すると、９３０２ａ、９３０２ｂのように、入場進路の手前で機外停止するような、非効率な走行となる。一方、９３０３ａ、９３０３ｂのように、駅の十分手前から速度を落として走行すれば、機外停止を避けたスムーズな列車運行を実現できる。またこの場合、機外停止を避けることで、一対の減速・加速に要する時間を削減することができ、駅通過後の列車２の遅れをｔ１だけ縮めることができる。
【００８４】
地上側システム１００は、管轄範囲内の全ての列車位置および進路構成状況を常に把握しているため、９３０３ａ、９３０３ｂのような無駄の少ない走行プロファイルを容易に作成することができる。
【００８５】
図９Ｄは、ランカーブを作成しようとする列車２に対し、渡り線９４０１において進路が競合する列車１が存在する場合を示す。ダイヤ上の渡り線９４０１の通過順序は列車１が先であったとすると、列車１の列車位置の時間変化は、９４０２のように表される。
【００８６】
列車１が渡り線９４０１を通過して列車１の進路が復位され、その後列車２の進路が構成される時刻ｔ０まで、列車２は渡り線９４０１を通過できない。従って、列車１が遅延している等で交差の時間間隔が十分に取れていない場合に、後続の列車２が走行プロファイルを独自に判断すると、９４０３ａ、９４０３ｂのように、渡り線９４０１の手前で機外停止するような、非効率な走行となる。一方、９４０４ａ、９４０４ｂのように、駅の十分手前から速度を落として走行すれば、機外停止を避けたスムーズな列車運行を実現できる。さらに、機外停止を避けることで、一対の減速・加速に要する時間を削減することができ、列車２の駅到着遅れをｔ１だけ縮めることができる。
【００８７】
地上側システム１００は、管轄範囲内の全ての列車位置および進路構成状況を常に把握しているため、９４０４ａ、９４０４ｂのような無駄の少ない走行プロファイルを容易に作成することができる。
【００８８】
またこの場合には、ランカーブの持つ情報をもとに、渡り線９４０１の通過順序の変更を検討することもできる。すなわち、駅に接近中の列車２のランカーブを参照すれば、列車２が渡り線９４０１に到達するまでの時間を正確に見積もることができる。この見積もりをもとにすれば、ダイヤ通り列車１を先に通過させるか、ダイヤを変更して列車２を先に通過させるかを適切に判断することができる。あるいは、列車１が現在位置から渡り線９４０１に到達するまでの時間が一定以内であれば、システムが指令員に対して順序の変更を提案するなど、ダイヤ変更に関わる指令員の業務負担の軽減も期待できる。
【００８９】
なお、図９Ｂ、９Ｃ、９Ｄのような例では、列車１が、進路構成の起点となる地点ｘ１に適切なタイミングで到達することが、無駄のない列車運行を行う上で重要である。よって、地上側システム１００が作成したランカーブ上での地点ｘ１への到達タイミングが、車上側システム２００によるランカーブの補正によって変更されることが無いよう、地点ｘ１を、その地点への到達時刻を守るべき路線上のポイントとして設定しておく必要がある。即ち、列車運転支援システム上で、地点ｘ１は駅の停車位置等と同じく、到達目標時刻が明確に定められた点となる。
【００９０】
このように、列車運行上で到達タイミングを守るべき点を、駅の停車位置に限らず適切に設定することで、車上側システム２００が自らの判断によってランカーブの補正を行ったとしても、当初地上側システム１００の判断した適切な列車運行を実現することができる。
【００９１】
これを実現するための一例を図１０に示す。地上側システム１００から車上側システム２００に対し、ランカーブの送信と合わせて、図１０のような、到達時刻を守るべき地点、およびその到達時刻、到達時の速度を表した表形式のデータを送付し、車上ランカーブ作成処理における制約設定の段階で、この到達時刻に関する制約を取り込めばよい。
【００９２】
なお、ここでは車上でのランカーブ作成時について述べたが、地上側システム１００において想定ランカーブを補正して走行ランカーブを作成する場合も、同様の制約を課すことで、想定ランカーブ作成時点で想定した適切な列車走行を、走行ランカーブにおいても維持することができる。
【００９３】
ここまでに挙げた実施例の車上側システム２００では、専ら列車の運転士に対して支援情報を提示する機能について述べてきたが、本発明の列車運転支援システムは、車掌や駅員等、列車の運行に関わる他の関係者に対する情報提示の機能を備えても良い。
【００９４】
例えば、列車運転支援システムが算出したランカーブにおいて指定された時刻にある駅を出発するためには、当該駅の駅員が、指定の出発時刻以前の適切なタイミングで旅客の誘導を行わなければならない。また当該列車の車掌は、指定の出発時刻以前の適切なタイミングでドア閉扉の操作を行い、車両およびホーム上の安全を確保しなければならない。
【００９５】
列車運転支援システムが算出したランカーブから得られる列車運行に関する情報を、駅員や車掌が参照できる装置に配信することで、列車の運行上必要な業務を適切なタイミングで実施することができる。なお、駅員や車掌が参照できる装置とは、駅事務室や車掌室に設置された固定端末、あるいは駅員や車掌が携帯するモバイル型の端末を想定する。
【００９６】
逆に、駅員や車掌が知得した列車運行に関する情報を、上述のような駅員や車掌が参照できる装置から入力して、列車運転支援システムにおける予測ダイヤ作成処理、またはランカーブ作成処理に反映する仕組みを備えても良い。これにより、列車運転支援システムは、列車の運行状況をより正確に把握し、実現可能性の高いランカーブを作成することができる。
【００９７】
例えば、ホーム上や列車内の混雑によって列車の出発に遅れが見込まれる場合、乗客の乗り降りの状況を確認した駅員または車掌が、見込まれる遅れの大きさをシステムに入力する。列車運転支援システムは、この遅れ見込みをもとに、予測ダイヤ、またはランカーブを補正する。なお、このようなランカーブの補正を、地上側システム１００・車上側システム２００のいずれで行うかは、特に限定されない。例えば、車上に搭載された入力機器に対して車掌が遅れ見込みを入力する場合は、車上ランカーブ作成処理における制約設定の段階で、この遅れ見込みの情報を取り込めばよい。あるいは、駅に設置された運行管理システムの端末に対して駅員が遅れ見込みを入力する場合は、想定ランカーブ作成または走行ランカーブ作成における制約設定の段階で、この遅れ見込みの情報を取り込めばよい。
【００９８】
図１１に、車掌および駅員からの情報入力が可能な列車運転支援システムの構成の例を示す。なお、図１１では、図１に対して車掌および駅員からの情報入力手段を付け加えたが、図２、３、４に対して、同様に車掌および駅員からの情報入力手段を付け加えてもよい。また、情報の入力者は、駅員および車掌に限定されることはなく、保線作業員や車両基地の作業員、清掃作業員など列車運行に関わる他の関係者からも、同様の構成によって情報を取り込むことができる。
【００９９】
いずれにせよ、各実施形態における列車運転支援システムは、情報の発生箇所とその情報の管理主体に応じて、適切な段階で走行プロファイルの作成に対しその情報を反映することができるため、特性の異なる様々な情報を取り込むのに好適な構成であると言える。
【０１００】
また、各実施形態による列車運転支援システムは、システム内の特定箇所が何らかの理由によって機能継続できなくなった場合にも、一定の制限下で運転支援を継続できる特徴がある。
【０１０１】
例えば、図１、２、４のような構成において地上側システム１００の機能が停止した場合でも、予測ダイヤの変更が必要となるような運行状況の変化が無い限り、車上側システム２００が地上側システム１００から最後に受信したランカーブ、もしくは予測ダイヤの情報に従って、車上側システム２００の自律的な判断によって運転支援を継続できる。
【０１０２】
あるいは、図２や図３のような構成において、想定ランカーブの作成が継続できなくなった場合でも、交差順序変更や着発線の変更等の変更が無い限り、実際の走行実績をフィードバックした走行ランカーブの更新を継続することで、単純な遅延による運行乱れの場合を含めて、運転支援を継続できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１００  地上側システム
１０１  予測ダイヤ作成処理部
１０２  想定ランカーブ作成処理部
１０３  走行ランカーブ作成処理部
２００  車上側システム
２０１  車上ランカーブ作成処理部
２０２  電動機とブレーキの制御処理部
２０３  列車位置と速度の取得処理部
２０４  運転支援情報提示処理部
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2017165237.tif 000015
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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