JP2014156227A - 列車ダイヤ作成装置及び列車ダイヤ作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】き電区間において、どの程度の消費電力量があるかを容易に認識可能とする。
【解決手段】実施形態の列車ダイヤ作成装置は、列車ダイヤ情報に基づいて各駅の着発時刻を算出する着発時刻算出手段と、駅間における地上設備情報、列車の性能情報及び運転曲線の作成条件にかかる条件情報をもとに、算出された着発時刻で運行する列車の運転曲線を算出する運転曲線算出手段と、き電区間が示されたき電区間情報と、算出された運転曲線とに基づいて、き電区間ごとに、列車ダイヤ情報で運行する各列車の時刻ごとの使用電力量及び回生電力量を算出する電力算出手段と、き電区間ごとに、所定の時刻においてき電区間を運行する全列車の使用電力量及び回生電力量を合計した消費電力量を算出する消費電力量算出手段と、算出されたき電区間ごとの消費電力量を出力する出力手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、列車ダイヤ作成装置及び列車ダイヤ作成方法に関する。

従来、列車ダイヤは、列車ダイヤを作成する輸送計画段階からエネルギー効率を考慮して作成することが期待されている。例えば、複数の列車が同時に発車する機会を抑えた列車ダイヤを作成し、使用電力量のピークカットを行っている。

特開２０００−１９８４４３号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、変電所から電力が供給されるき電区間において、どの程度の消費電力量があるかを容易に認識することはできなかった。このため、列車ダイヤを作成する際に、エネルギー効率を考慮したダイヤ作成が困難な場合があった。例えば、き電区間において、使用電力量よりも回生電力量が余剰であると、余剰な回生電力量分が消費されずに無駄になる場合があり、このような無駄を抑えた列車ダイヤを作成するためには、き電区間における消費電力量を確認することが重要であった。

上述した課題を解決するために、実施形態の列車ダイヤ作成装置は、列車ダイヤ情報に基づいて各駅の着発時刻を算出する着発時刻算出手段と、前記駅間における地上設備情報、前記列車の性能情報及び運転曲線の作成条件にかかる条件情報をもとに、前記算出された着発時刻で運行する列車の運転曲線を算出する運転曲線算出手段と、き電区間が示されたき電区間情報と、前記算出された運転曲線とに基づいて、前記き電区間ごとに、前記列車ダイヤ情報で運行する各列車の時刻ごとの使用電力量及び回生電力量を算出する電力算出手段と、前記き電区間ごとに、所定の時刻において当該き電区間を運行する全列車の使用電力量及び回生電力量を合計した消費電力量を算出する消費電力量算出手段と、前記算出された前記き電区間ごとの消費電力量を出力する出力手段と、を備える。

また、実施形態の列車ダイヤ作成方法は、列車ダイヤ作成装置で実行される列車ダイヤ作成方法であって、列車ダイヤ情報に基づいて各駅の着発時刻を算出する着発時刻算出工程と、前記駅間における地上設備情報、前記列車の性能情報及び運転曲線の作成条件にかかる条件情報をもとに、前記算出された着発時刻で運行する列車の運転曲線を算出する運転曲線算出工程と、き電区間が示されたき電区間情報と、前記算出された運転曲線とに基づいて、前記き電区間ごとに、前記列車ダイヤ情報で運行する各列車の時刻ごとの使用電力量及び回生電力量を算出する電力算出工程と、前記き電区間ごとに、所定の時刻において当該き電区間を運行する全列車の使用電力量及び回生電力量を合計した消費電力量を算出する消費電力量算出工程と、前記算出された前記き電区間ごとの消費電力量を出力する出力工程と、を含む。

図１は、実施形態にかかる列車ダイヤ作成装置を含むダイヤ作成システムの構成を示すブロック図である。 図２は、ダイヤ作成システムの機能構成を示すブロック図である。 図３は、列車運行図表の一例である。 図４は、運転曲線と、その運転曲線における使用電力及び回生電力を例示するグラフである。 図５は、全列車の使用電力量及び回生電力量を合計した消費電力量の時系列を示すグラフである。 図６は、ダイヤスジの変更を示す列車運行図表の一例である。 図７は、消費電力量のピーク、回生電力量が使用電力量を上回る余剰電力量を例示するグラフである。

以下、添付図面を参照して実施形態にかかる列車ダイヤ作成支援装置及び列車ダイヤ作成支援方法を詳細に説明する。

図１は、実施形態にかかる列車ダイヤ作成装置３を含むダイヤ作成システム１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、ダイヤ作成システム１００は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ネットワーク（図示しない）で互いに通信可能に接続された運転曲線作成装置１、電力管理装置２、列車ダイヤ作成装置３を備える。このダイヤ作成システム１００は、例えば鉄道事業者の運行指令所などに設置される。

運転曲線作成装置１、電力管理装置２、列車ダイヤ作成装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶されたプログラムをＲＡＭ（Random Access Memory）に展開して順次実行することで、運転曲線の作成、電力管理、列車ダイヤ作成などの列車の運行指令にかかる機能を提供する情報処理装置である。なお、本実施形態では、列車ダイヤ作成装置３の制御処理部３３が運転曲線作成装置１、電力管理装置２より各種情報を取得して列車ダイヤの作成支援にかかる処理を実行している。しかしながら、運転曲線及びき電区間にかかる算出処理（例えばき電区間における消費電力量の算出処理）等の一部の処理については、運転曲線作成装置１又は電力管理装置２が列車ダイヤ作成装置３の代わりに実行してもよく、また運転曲線作成装置１と電力管理装置２の機能を全て列車ダイヤ作成装置３に持たせてもよい。なお、運転曲線及びき電区間にかかる算出処理の詳細については後述する。

列車ダイヤ作成装置３は、各種の設定データや各種の制御指令を入力するキーボード、マウス等の入力手段３１と、通信制御部３２と、プログラムに従って処理を実行するＣＰＵで構成される制御処理部３３と、予め設定された各種情報を記憶するデータベース３４と、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ等の表示部３５と、一時的にデータを格納するデータバッファメモリ３６とを備える。

通信制御部３２は、制御処理部３３がプログラムに従って実行する処理で発生するデータ収集指示に基づいて、ダイヤ作成システム１００上の運転曲線作成装置１、電力管理装置２に対して、各種情報を要求して受信する機能を有する。なお、運転曲線作成装置１、電力管理装置２に対して要求する各種情報としては、運転曲線作成装置１が管理する設備条件情報３４２、車両性能情報３４３、運転曲線作成条件情報３４５、電力管理装置２が管理するき電区間情報３４６などがある（図２参照）。

制御処理部３３は、プログラムに従って処理を実行することで、着発時刻算出部３３Ａ、運転曲線算出部３３Ｂ、き電区間電力算出部３３Ｃ、演算部３３Ｄ、出力部３３Ｅとしての機能を実現する。データベース３４は、列車のダイヤスジにかかる列車ダイヤ情報３４１（図２参照）などを記憶する。データバッファメモリ３６は、制御処理部３３がプログラムを実行する際に、そのプログラム自身のデータや、プログラムが用いる一時データなどを、所定の記憶領域に展開して記憶する。

ここで、着発時刻算出部３３Ａ、運転曲線算出部３３Ｂ、き電区間電力算出部３３Ｃ、演算部３３Ｄ、出力部３３Ｅの詳細について説明する。図２は、ダイヤ作成システム１００の機能構成を示すブロック図である。

図２に示すように、着発時刻算出部３３Ａは、データベース３４に記憶された列車ダイヤ情報３４１を参照して各駅における列車の着発時刻である着発時刻情報３６１を算出する。着発時刻算出部３３Ａは、算出した着発時刻情報３６１をデータバッファメモリ３６に記憶する。

図３は、列車運行図表の一例である。列車ダイヤ情報３４１は、図３に示すように、時刻を横軸、距離（キロ程）を縦軸にとった列車運行図表（ダイヤグラム）において、各列車の編成（車両型式、列車名等）と、主要箇所のキロ程（駅等）における着発時刻とが示されたダイヤスジ（図示例ではダイヤスジＤ１〜Ｄ５）の情報である。着発時刻算出部３３Ａは、このダイヤスジＤ１〜Ｄ５をもとに、Ａ、Ｂ、Ｃ駅における着発時刻を算出する。算出された着発時刻は、着発時刻情報３６１としてデータバッファ３６に記憶される。

運転曲線算出部３３Ｂは、運転曲線作成装置１より設備条件情報３４２、車両性能情報３４３、運転曲線作成条件情報３４５を取得し、取得した設備条件情報３４２、車両性能情報３４３、運転曲線作成条件情報３４５と、データバッファメモリ３６に記憶されている着発時刻情報３６１とをもとに、着発時刻算出部３３Ａで算出された着発時刻で運行する列車の運転曲線を算出する。次いで、運転曲線算出部３３Ｂは、算出した運転曲線と、車両性能情報３４３とをもとに、着発時刻算出部３３Ａで算出された着発時刻で運行する列車のキロ程及び時刻ごとの使用電力／回生電力を示す電力情報３６２を算出する。運転曲線算出部３３Ｂは、算出した電力情報３６２をデータバッファメモリ３６に記憶する。運転曲線算出部３３Ｂは、この電力情報３６２の算出をすべてのダイヤスジに対して行う。

設備条件情報３４２は、運転曲線の作成条件の一つである、列車の走行区間（キロ程）における地上設備が示された情報である。地上設備の具体例としては、駅、信号機の他、勾配やカーブなどを含むものとする。設備条件情報３４２には、これら地上設備ごとに位置や距離などが記録されている。

車両性能情報３４３は、運転曲線の作成条件の一つである、車両型式、列車名等の編成ごとの車両性能が示された情報である。車両性能の具体例としては、列車の速度に対する引張力・電力・電圧、列車の速度に対するブレーキ力、走行抵抗係数、列車重量などを含むものとする。車両性能情報３４３には、列車運行図表における各列車の編成を示す番号ごとの車両性能が記録されている。

運転曲線作成条件情報３４５は、駅間の走行時間に余裕がある場合、様々な運転曲線を作成することができるため、作成する運転曲線の作成条件（最高速度の低減、加速度の低減、惰行の活用など）が示された情報である。

運転曲線算出部３３Ｂは、着発時刻情報３６１をもとに、着発時刻算出部３３Ａで算出された着発時刻で駅間を走行するものとし、設備条件情報３４２、車両性能情報３４３、運転曲線作成条件情報３４５を算出条件として定義して、駅間の着発時刻を厳守した運転曲線を算出する。なお、運転曲線の作成については、予め駅間の走行時分の異なる複数の運転曲線を作成しておき、着発時刻算出部３３Ａで算出された着発時刻で駅間を走行する運転曲線を採用する手法でも構わない。次いで、運転曲線算出部３３Ｂは、駅間において算出された運転曲線で運転される場合の、キロ程及び時刻の使用電力／回生電力を車両性能情報３４３を参照して算出する。

図４は、運転曲線Ｇ１と、その運転曲線Ｇ１における使用電力及び回生電力を例示するグラフである。図４に示すように、運転曲線算出部３３Ｂは、ダイヤスジで示される編成における車両性能、Ａ駅の発時刻、Ｂ駅の着時刻、キロ程における速度制限Ａ〜Ｄ、運転操作などの算出条件をもとに、Ａ駅〜Ｂ駅間を時間Ｇ２に従って走行するダイヤスジにおける運転曲線Ｇ１を算出する。そして、運転曲線算出部３３Ｂは、運転曲線Ｇ１をもとに車両性能情報３４３を参照して、Ａ駅〜Ｂ駅間を時間Ｇ２に従って走行するダイヤスジにおける電力量Ｇ３、すなわちキロ程及び時刻ごとの使用電力／回生電力を算出する。

き電区間電力算出部３３Ｃは、電力管理装置２よりき電区間が示されたき電区間情報３４６を取得し、取得したき電区間情報３４６と、電力情報３６２とに基づいて、き電区間ごとに、ダイヤスジで運行する各列車の時刻ごとの使用電力／回生電力を示す電力情報３６３を算出する。き電区間電力算出部３３Ｃは、算出した電力情報３６３をデータバッファメモリ３６に記憶する。

き電区間情報３４６は、き電区間ごとに、き電区間が開始するキロ程と、そのき電区間が終了するキロ程とが示された情報である。したがって、き電区間電力算出部３３Ｃは、き電区間情報３４６と、電力情報３６２とを参照することで、図３に示すように、き電区間Ｒの範囲内を走行するダイヤスジＤ１〜Ｄ５の列車における時刻ごとの使用電力／回生電力を算出できる。

演算部３３Ｄは、データバッファメモリ３６に記憶された電力情報３６３をもとに、き電区間ごとに（例えば図３のき電区間Ｒ）、所定の時刻においてそのき電区間を運行する全列車の使用電力及び回生電力を合計した消費電力量を示す電力情報３６４を算出する。演算部３３Ｄは、算出した電力情報３６４をデータバッファメモリ３６に記憶する。

具体的には、着発時刻算出部３３Ａ、運転曲線算出部３３Ｂ、き電区間電力算出部３３Ｃの算出過程を経て得られた電力情報３６３を参照することで、例えばき電区間Ｒ内を走行するダイヤスジＤ１〜Ｄ５の列車における時刻ごとの使用電力／回生電力（力行区間、惰行区間、回生ブレーキ区間での使用電力、回生電力）が得られる。したがって、同時刻におけるダイヤスジの使用電力／回生電力を合計することで、その時刻におけるき電区間Ｒ内の消費電力量が得られる。なお、演算部３３Ｄは、一時刻だけでなく、所定の時間範囲（例えば始発から終電）に亘って、き電区間ごとの消費電力量を算出してよい。

出力部３３Ｅは、電力情報３６４を参照して、演算部３３Ｄで算出されたき電区間ごとの消費電力量を出力する。なお、出力部３３Ｅの出力先は、表示部３５の表示画面の他、運転曲線作成装置１、電力管理装置２等の他の情報処理装置などであってよい。また、出力部３３Ｅは、所定の時間範囲（例えば始発から終電）に亘って、き電区間ごとの消費電力量が算出されている場合には、その消費電力量を時系列で表示部３５の表示画面などに出力する。

図５は、全列車の使用電力量及び回生電力量を合計した消費電力量の時系列を示すグラフである。図５に示すように、出力部３３Ｅは、あるき電区間について算出した消費電力量Ｇ４を、横軸を時刻としたグラフとして表示してよい。ユーザは、図５に例示したグラフを参照することで、き電区間における時刻ごとの消費電力量Ｇ４を確認できる。

なお、制御処理部３３は、列車ダイヤ情報３４１のダイヤスジを予め設定した範囲で逐次変更した場合の、き電区間ごとの消費電力量を演算部３３Ｄで繰り返して演算させ、き電区間ごとの消費電力量のピークを低減するダイヤスジ、又はき電区間ごとの消費電力量において回生電力量が使用電力量を上回る余剰電力量を低減するダイヤスジを出力部３３Ｅより出力させてもよい。

ここで、ダイヤスジの変更とは、各駅の着発時刻、各駅の停車時間、各駅間の走行時分、列車に充当される編成種別等の要素の少なくとも１つの変更を意味する。制御処理部３３では、入力手段３１による入力指示などをもとに、許容される変更条件（着発時刻、停車時間、走行時分の許容範囲、変更できる編成種別）を予め設定する。そして、制御処理部３３では、許容される変更条件内で、着発時刻、停車時間、走行時分、編成種別を逐次変更し、き電区間ごとの消費電力量を演算部３３Ｄで繰り返して演算させる。そして、制御処理部３３は、き電区間ごとの消費電力量のピークが予め設定された閾値を下回る条件のダイヤスジ、回生電力量が使用電力量を上回る余剰電力量を低減する条件のダイヤスジを最適化の手法によって求める。制御処理部３３は、閾値を下回る条件のダイヤスジ、回生電力量が使用電力量を上回る量を低減する条件のダイヤスジとして求めたダイヤスジを、図３のような列車運行図表の形で制御処理部３３より表示部３５に表示出力させる。

図６は、ダイヤスジの変更を示す列車運行図表の一例である。図６に示すように、着発時刻を変更する場合には、Ａ駅における着発時刻を許容範囲内のΔｔ秒前にずらす条件で、着発時刻算出部３３Ａにおける着発時刻を算出させる。

例えば、３０秒前後の着発時刻が許容されている場合、Δｔ秒を１０秒単位で前後にずらすものとする。この場合、着発時刻算出部３３Ａは、各ダイヤスジにおいて、＋３０秒、＋２０秒、＋１０秒、０秒、−１０秒、−２０秒、−３０秒のように逐次変更した着発時刻のすべてのパターンを算出する。従って、演算部３３Ｄでは、これらのすべてのパターンの着発時刻におけるき電区間ごとの消費電力量を算出する。そして、制御処理部３３は、消費電力量が閾値を下回る条件のダイヤスジの中で、回生電力量が使用電力量を上回る余剰電力量が最も小さい値のダイヤスジを、例えば図３のような列車運行図表の形で制御処理部３３より表示部３５に表示出力させる。

図７は、消費電力量のピーク、回生電力量が使用電力量を上回る余剰電力量を例示するグラフである。図７に示すように、制御処理部３３は、逐次条件を変更したダイヤスジの中で、き電区間の消費電力量Ｇ４のグラフが示すピークと、閾値ＴＨとを比較して、消費電力量Ｇ４のピークが閾値ＴＨを下回るものを候補とする。次いで、制御処理部３３は、候補とするダイヤスジの中で、消費電力量Ｇ４における余剰電力量Ｇ５（消費電力量Ｇ４のグラフで囲まれる面積）を最小とするものを制御処理部３３より表示部３５に表示出力させる。これにより、ユーザは、き電区間においてエネルギー効率のよりよい条件（着発時刻、停車時間、走行時分、編成種別）のダイヤスジを確認できる。

なお、本実施形態の列車ダイヤ作成装置３で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。本実施形態の列車ダイヤ作成装置３で実行されるプログラムは、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して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施形態の列車ダイヤ作成装置３で実行されるプログラムを、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、本実施形態の列車ダイヤ作成装置３で実行される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。

本実施形態の列車ダイヤ作成装置３で実行されるプログラムは、上述した機能構成を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上述した機能構成が主記憶装置上にロードされ、主記憶装置上に生成されるようになっている。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１…運転曲線作成装置、２…電力管理装置、３…列車ダイヤ作成装置、３１…入力手段、３２…通信制御部、３３…制御処理部、３３Ａ…着発時刻算出部、３３Ｂ…運転曲線算出部、３３Ｃ…き電区間電力算出部、３３Ｄ…演算部、３３Ｅ…出力部、３４…データベース、３５…表示部、３６…データバッファメモリ、１００…ダイヤ作成システム、３４１…列車ダイヤ情報、３４２…設備条件情報、３４３…車両性能情報、３４５…運転曲線作成条件情報、３４６…き電区間情報、３６１…着発時刻情報、３６２〜３６４…電力情報、Ｄ１〜Ｄ５…ダイヤスジ、Ｇ１…運転曲線、Ｇ２…時間、Ｇ３…電力量、Ｇ４…消費電力量、Ｇ５…余剰電力量、Ｒ…き電区間、ＴＨ…閾値

Claims (5)

1. 列車ダイヤ情報に基づいて各駅の着発時刻を算出する着発時刻算出手段と、
   前記駅間における地上設備情報、前記列車の性能情報及び運転曲線の作成条件にかかる条件情報をもとに、前記算出された着発時刻で運行する列車の運転曲線を算出する運転曲線算出手段と、
   き電区間が示されたき電区間情報と、前記算出された運転曲線とに基づいて、前記き電区間ごとに、前記列車ダイヤ情報で運行する各列車の時刻ごとの使用電力量及び回生電力量を算出する電力算出手段と、
   前記き電区間ごとに、所定の時刻において当該き電区間を運行する全列車の使用電力量及び回生電力量を合計した消費電力量を算出する消費電力量算出手段と、
   前記算出された前記き電区間ごとの消費電力量を出力する出力手段と、
   を備える列車ダイヤ作成装置。
2. 前記消費電力量算出手段は、前記列車ダイヤ情報を予め設定した範囲で逐次変更した場合の、所定の時刻における前記き電区間ごとの消費電力量を繰り返して算出し、
   前記出力手段は、前記き電区間ごとの消費電力量のピークを低減する列車ダイヤ情報、又は前記き電区間ごとの消費電力量において回生電力量が使用電力量を上回る量を低減する列車ダイヤ情報を出力する、
   請求項１に記載の列車ダイヤ作成装置。
3. 前記消費電力量算出手段は、前記各駅の着発時刻、前記各駅の停車時間、各駅間の走行時分、列車に充当される編成種別の少なくとも１つを予め設定した範囲で逐次変更した場合の前記き電区間ごとの消費電力量を繰り返して算出する、
   請求項２に記載の列車ダイヤ作成装置。
4. 前記消費電力量算出手段は、所定の時間内において、時刻ごとの前記消費電力量を算出し、
   前記出力手段は、前記算出された時刻ごとの消費電力量を時系列で出力する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の列車ダイヤ作成装置。
5. 列車ダイヤ作成装置で実行される列車ダイヤ作成方法であって、
   列車ダイヤ情報に基づいて各駅の着発時刻を算出する着発時刻算出工程と、
   前記駅間における地上設備情報、前記列車の性能情報及び運転曲線の作成条件にかかる条件情報をもとに、前記算出された着発時刻で運行する列車の運転曲線を算出する運転曲線算出工程と、
   き電区間が示されたき電区間情報と、前記算出された運転曲線とに基づいて、前記き電区間ごとに、前記列車ダイヤ情報で運行する各列車の時刻ごとの使用電力量及び回生電力量を算出する電力算出工程と、
   前記き電区間ごとに、所定の時刻において当該き電区間を運行する全列車の使用電力量及び回生電力量を合計した消費電力量を算出する消費電力量算出工程と、
   前記算出された前記き電区間ごとの消費電力量を出力する出力工程と、
   を含む列車ダイヤ作成方法。

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