エージェントモデルによる東京圏都市鉄道の遅延連鎖シミュレーションの構築*
A Multi-agent Simulation Model for Estimating Knock-on Delay of Tokyo Metropolitan Railway*

上松苑**・岩倉成志***
By Shigeru UEMATSU**・Seiji IWAKURA***

１．はじめに駅間走行時分とは，列車が発車してから次駅に到着する時間と定義する．

東京圏の都市鉄道は，通勤・通学需要の集中のためピ

表－２に遅延の主な要因とつながる状況を挙げ，そーク時混雑が劣悪となっている．各鉄道事業者は輸送力の現象がどの時間区分の遅延を引き起こす可能性となる増強のため，列車の高密な列車運行を実施している．しか整理した図である．主な原因と需要の集中が複合してかし，線路内で列車が渋滞を起こし，慢性的な遅延や表起こる現象が多く，旅客行動が多くの遅延要因に関連し定速度の低下が起きている．そのため，利用者にとってていることがわかる．乗降時分は駅での最大乗降人員扉

は，遅延のため時刻表通りに列車が運行されず列車の速の乗降人員の増減により変化する．また，乗降人員の移度低下のため長時間の混雑を余儀なくされ，心身への負動速度の低下が，更なる乗降時分の増加を招く．図－２担が高い．さらに，相互直通運転により利便性が高まる

は乗車人員が扉を通過する時間，乗車人員が車内に入り一方で，一部の路線で発生した遅延が，他路線まで影響始める瞬間から車内に完全に入り終えた時間の計測結果し，広範囲に波及する問題も深刻化している．現在，混である．通過人数の増加につれて一人当たり扉通過時間雑緩和に関する様々な対策や研究が行われてきたが，過が増加する．すなわち，車内の旅客が多くなり，乗車密密運行の副作用である遅延の発生・波及に着目し，その度が高くなるにつれて，乗車速度の低下を招き乗降時分明確なメカニズムが確立しているものは少ない．の増加につながる．遅延の発生や波及には，ダイヤ作成

本研究では，東京圏におけるピーク時の都市鉄道を対時に想定した以上の乗降時分の増加が起因するため，旅象とし，遅延の発生・波及のメカニズムを分析できるシ

客の行動水準まで反映させた分析が必要となる．

ミュレーションシステムを構築する．特に，旅客行動や駅構造などミクロな原因からの影響を定量的に分析可能

３．システムのフローチャート

な，現実に起きている現象を忠実に再現するため，エージェントモデルによってシステムの構築を目指す．

（１）システム全体のフローチャート
図－３に遅延の発生・波及分析システムのシステムフ

２．遅延の原因分析

ローチャートを示す．本システムの中心となる「１列車に与えるアルゴリズム」の部分は，複数のエージェント

本研究では遅延の分析にあたり，列車が駅に到着し次同士の個々のルールの相互作用で構築する．そして，１駅に到着するまでの駅間の所要時間を，図－１のように列車のアルゴリズムを同一のアルゴリズムを全列車へ与分割し定義する．乗降時分とは，駅で旅客が乗り降りしえ，全体の路線を表現する．列車を始発駅到着時間に発ている時間である．調整時分とは駅で旅客の乗降が終了生させ，駅での停車時間を計算する「乗降時分推定」とし，扉が閉まるまでの時間とする．確認時分とは，扉を列車が走行している時間を計算する「駅間走行時分推

車掌が閉め始めてから，列車が動き始める時間で，扉の定」のアルゴリズムを相互に実行させて繰り返し計算を物の挟まりによる再開閉や駅員の確認作業の時間とする．
キーワーズ：列車遅延，鉄道計画，ターミナル計画** 学生員，芝浦工業大学大学院工学研究科（〒135-8548 東京都江東区豊洲 3-7-5 研究棟 9 階
TEL 03-5859-8354）***正会員，工博，芝浦工業大学（〒135-8548 東京都江東区豊洲 3-7-5 研究棟 9 階
TEL 03-5859-8354）

行う．

ｎ駅

ｎ駅

ｎ＋１駅

列車

到着

発車

到着

扉開

旅客

閉
降車

乗車

乗降時分

調整時分

確認時分

駅停車時分
駅間所要時分

図－１ 時間の定義

駅間走行時分

表－１ 遅延の原因
遅延の主な原因

需要量

列車運行本数駅施設

相互直通運転線路・運行システム

車両

その他

遅延につながる状況
1-1 乗降人員増加による乗降時分の増加．
1-2 車内混雑による車内での降車速度の低下．
1-3 車内混雑による乗車速度の低下．
1-4 車内混雑による無理な乗車の発生．
1-5 車内混雑による扉にカバン，衣服の挟まった時の扉の再開閉．
1-6 車内混雑による駅員の確認作業・押し込みの増加．
2-1 線路内での渋滞による速度低下．
2-2 加減速の制約があり，後続列車への運行の影響が大きい．
2-3 回復運転のための余裕時間の少なさ．
3-1 降車駅の階段位置の影響を受ける乗車駅での乗車位置での，旅客の局所集中．
3-2 ホーム内の乗降人員の交錯による移動のしにくさ．
3-3 ホーム幅，階段幅（エスカレータ，エレベータを含む）の処理能力丌足から起こる滞留による移動速度の低下．
3-4 滞留が列車付近まで達するとき，発車安全性確保のため停車時間の延長．
3-5 安全確認の方法．安全の確認の取りやすさ．
3-6 路線全体のホーム容量丌足．
4-1 直通先からの遅延の波及．
4-2 行き先による旅客の偏りが列車による混雑の偏り．
5-1 追い越し施設の丌足による非効率な運転．
5-2 軌道回路長が長いことによる列車間隔の増加．
5-3 異なる車両性能の速度の違い．
5-4 ATC・ATSの制御方式．
6-1 扉幅の広さによる乗降人員の通過量．
6-2 車両の定員．
6-3 4ドア，6ドアのドア数による１扉あたりの乗降人員の変動．
6-4専用車両の有無や位置による旅客の偏り．
7-1 車内旅客が降車旅客のため，一度ホームに避ける行動の有無．
7-2 駆け込み乗車の有無．
7-3 車内扉付近に奥に詰めない人の行動．
7-4 列車種別による旅客の偏り．
7-5 駅員の人数・配置．
7-6 旅客のトラブル（急病人，喧嘩，痴漢）の対応．
7-7 車両故障．戸袋への荷物の挟まり．

乗降時分
○○
○
○

影響する時間区分
確認時分
走行時分
△△
△
△
○

△○

△○
○
○

○

△○

△○

△○

△○

△○

○
○

△○
○
○
○
△△○

△○

△○

△○

○
○
○

△△△△

通過時間（秒/人）○…直接的な影響 △…間接的な影響
4.50

以下に「乗降時分推定」と「駅間走行時分推定」の4.00

推計アルゴリズムについて説明する．

3.50
3.00

（２）乗降時分推定のアルゴリズム

2.50
2.00

乗降時分推定サブシステムは各列車の乗降時分，発

1.50
1.00

車時刻，および乗車人数，車内混雑率を出力する．

0.50a) 入力データ「乗降時分推定」の入力データは，最大乗車人員扉の乗

0.00
1～3

4～6

7～9

10～12

13～15

16～18

車人員と降車人員，運行間隔と時刻別の乗車人数の変動
通過人数（人目） が影響する単位時間当たりのホーム到着人数，到着列車
図－２ 乗車人員の扉通過時間の混雑率，時刻表データ，車両性能の車両の図面である．

距
離

運行図表

時刻

列車が出発してから次列車が到着までの時間

ターミナル駅の改札データ（上り線階段の利用人数）

乗車人員

降車人員

運行システム（軌道回路長・制御方法）

・列車の発車時刻
・乗降時分・扉通過時間

図－３ システムのフローチャート

駅間走行時分推定

乗降時分推定乗車人員算出

階段分担率推定B

各駅の最大乗車人員
扉の単位時間当たりのホーム到着人数

時刻別各乗車駅のホーム分布
を推定

１列車に不えるアルゴリズム列車の混雑率と降車率から降車人員を算出

・ホーム図面A

降車率推定（車内の乗客の当該駅での降車人員の割合）

・時刻別のOD
データ

乗降時分推定到着列車の混雑率入力システムのイメージ

１列車に不えるアルゴリズムB

列車の到着時刻Y

駅に列車が停車駅間走行時分推定（次駅に着くまで列車走行）

始発駅の到着時刻に列車を発生

A

・当該列車の混雑率

N

車両性能・時刻表データ（標準停車時分を含む）

乗降時分推定開始

なお，最大乗車人員扉の時刻別の単位時間当たりのホーム到着人数は，階段位置などの駅構造を考慮したホ入力された乗降人員・混雑率からエージェントをそれぞれの位置に発生

ーム乗車人員分布の推定結果を用いる．この乗車駅のホーム分布は，時刻別のODデータ用いて，降車駅の階段の直近の扉を中心として分布させ，各駅の分布の合計とす

列車に乗り続ける車内旅客エージェントの旅客行動

る．駅には複数の階段が存在するため，旅客が利用する階段の分担率を用いて推定する．階段分担率は階段につながる改札データと階段の旅客通過量を調査し，旅客が時間経過とホーム旅客到着増加量から，一定間隔で乗車人員を発生利用している割合を算出する．降車人員は到着した列車

降車旅客エージェ
ントの旅客行動の混雑率と降車率で算出する．降車率は当該駅で降車す
Yる旅客と列車に乗り続ける乗客の割合で，時刻別のODデ

車内に降車人員の存在ータで算出する．
b) アルゴリズム

乗車旅客エージェントの旅客行動「乗降時分推定」のアルゴリズムを図－４に示す．図－３の「システムのイメージ」ある各駅の最大乗車人員

Y

扉を表現した空間を作る．入力された乗降人員と混雑率

ホームに乗車人員の存在より，降車旅客エージェントと，混雑率・降車人員より算出した通過旅客エージェントを車内に発生させ，乗車旅客エージェントをホームに発生させる．また，時間経NN

標準停車時間
時刻表での発車時刻を経過

過とホーム旅客到着人数から一定間隔で乗車旅客エージ
ェントが発生する．その後，車内旅客エージェントと降Y

車旅客エージェントは図－５に示す旅客行動アルゴリズ
ムに従って行動する．車内での降車旅客エージェントの扉エージェントを発生

存在がなくなり次第，乗車旅客エージェントが同じく図発車時刻・乗降時分を出力－５に示す旅客行動アルゴリズムに従って乗車する．乗車旅客エージェントのホームでの存在が無くなり次第，発車時刻・乗降時分・扉通過時間を出力し，乗降時分推定処理の終了となる．
旅客行動アルゴリズムを図－５に示す．「旅客行動」は，旅客エージェントの種類と位置から目的方向を乗降時分推定開始

図－４ 乗降時分推定アルゴリズム
旅客行動開始向き，前方90°のエージェント数を探索し，方向・速度決定し進行するアルゴリズムとなっている．また，すべての方向に他のエージェントが存在する場合は，エーエージェントを位置により目的方向を向く

ジェントが最も少ない方向を向いて待機する．降車旅客
エージェントであれば，ホームで他のエージェントを避前方・右45°・左45°のエージェントの存在を探索けながら降車する様子が表現できる．
すべての列車が駅に停車する毎にこの処理を行うため，全列車全駅における出力データが得られる．発車時刻・乗降時分データを整理することによって，遅延の波及を表現することができる．扉通過時間の結果から，需要量増加による乗降速度の低下が起こす遅延や，遅延によるY
エージェン
トの有無

エージェント数の少ない方向を向き，停止する．

N
エージェントの存在しない方向を向き，加速しながら前進

需要量増加による旅客行動など分析できる．
（３）駅間走行時間推定アルゴリズム

扉を通過しているエージェ
ントを出力a)入力データ「駅間走行時分推定」の入力データは，列車の最高旅客行動終了

速度や加減速度などの列車性能と軌道回路長などの信号システム情報である．

図－５ 旅客行動定アルゴリズム

駅間走行時分推定開始b)アルゴリズム「駅間走行時分推定」のアルゴリズムを図－６に示す．列車は列車が走行している軌道回路から「制限速度制限速度決定決定」で表示された情報を得る．列車は前方に先行列車と停車駅の存在がなく，駅停車に減速が必要な場合のみ，Y前方に列車の存在停止線で停車できるよう減速する．それ以外の場合，軌道回路の「制限速度決定」から得た制限速度情報に従いNN

加減速度を決定し，駅に停車するまで進行する．

前方に停車駅の存在「制限速度決定」のアルゴリズムを図－７に示す．制
限速度決定は列車が軌道回路に入ったとき，その列車とYする．

N

先行列車の存在する軌道回路を取得し，制限速度を決定

停車に減速が必要Y

４．おわりに制限速度の表示速度に従い加減速．

減速

本研究のシミュレーションシステムは，未完成なが加減速度から速度を決定し，速度に応じて進行．

ら，各アルゴリズムとプログラム自体は概ね完成しており，これまでサブシステムのいくつかは発表してきた
１）２）

N．講演時には，東急田園都市線を対象としてサブシステムを統合した全体のシステムを提示したいと考え駅に停車ている．

Y

参考文献

駅間走行時分推定終了

１）宮崎 藤代 岩倉：都市鉄道の線路内混雑に着目した列車速度の推定－エージェントモデルによるアプローチ－，J-

図－６ 駅間走行時分推定アルゴリズム

RAIL2007 第 14 回鉄道技術連合シンポジウム講演論文集，制限速度決定開始

pp365‐368，2007．12２）上松 岩倉：エージェントモデルによる都市鉄道の乗降時分の推定，J-RAIL2008 第 15 回鉄道技術連合シンポジウム講演
論文集，pp 359-360，2008．12N

対象軌道区間に列車が存在
Y
前方列車の位置と軌道区間の距離から最高速度を決定

最高速度を表示

制限速度決定終了

図－７ 制限速度決定アルゴリズム