JP2014168978A - 列車走行実績データ自動生成シミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】予測運転整理システムを稼働させるために必要最小限のデータの生成を行い、錯綜するダイヤ乱れ状況下でも、スタンドアロンのＰＣにより、直感的な操作で、運転整理のシミュレーションを実現できる環境を作成し、システムの動作確認作業を円滑に行えるようにする。
【解決手段】遅延列車設定インターフェイスを介して入力された列車遅延情報に基づいて、当日の計画ダイヤを基準として、遅延指定列車の遅延指定駅に対し、到着遅延、発車遅延等の静的制約を設定する静的制約論理部３００４と、この静的制約に基づいて、制約伝播処理及び動的制約処理を実行し、始発から任意の時刻までの全列車・全駅での到着、及び発車時刻を算出する動的制約論理部３００５を備える。動的制約論理部により算出された始発から任意の時刻までの全列車・全駅での到着、及び発車時刻に基づいて、表示部でスジ表示を行う
【選択図】図３

Description

本発明は、特定の路線において、列車に到着遅延、発車遅延が生じた場合を想定して、予測運転整理システムによる列車運行整理のシミュレーションを行うための列車走行実績データ自動生成シミュレータに関する。

予測運転整理システムのデモンストレーションを実施する際には、始発から任意の時刻までの列車走行実績ダイヤデータ及び列車在線位置情報を短時間（数秒）で自動生成し、それらのデータに基づきダイヤ予測を行うことにより、予測運転整理システムのデモンストレーション及び動作確認作業を容易に実施できることが求められる。
すなわち、特許文献１に示されているように、従来は、現場設備（信号機、転てつ機等）のシミュレータ（以下、ＴＴＳ）で列車を模擬的に走行させて列車走行実績ダイヤデータ及び列車在線位置情報を生成し、それらのデータに基づきダイヤ予測を行っている。
また、特許文献２には、列車ダイヤ情報と列車の在線状況とを格納する列車情報テーブル及び軌道回路情報を格納する軌道回路情報テーブルを含むデータベースと、番線使用順序及び平面交差走行順序の各々の計画変更の可否を入力する入力装置と処理装置とを備え、処理装置によって次の処理を実行する運転整理支援システムが記載されている。
すなわち、特許文献２の運転整理支援システムでは、計画変更の可否の入力に応答して、列車の運行予測の制約条件である列車の走行条件及び駅の設備条件を切り替えて、データベースの列車ダイヤ情報、列車の在線状況及び軌道回路情報を用いて、列車の運行を予測している。

特許第３５６７９４６号公報 特許第５０４１９５２号公報

従来の予測運転整理システムのデモンストレーションにおいては、列車に到着遅延、発車遅延が特定の時間に生じた場合を想定してダイヤ予測を行うために、ＴＴＳで始発から、列車を走行させる必要があり、時間と手間を要した。
すなわち、シミュレータ上、現時点の運行乱れの状況を作るには、ＴＴＳで当該列車を停止し、その後続列車が詰まっていくまで待つ必要があり時間を費やした。

特許文献１に記載した技術においては、遅延情報などに基づく、現在時刻以降のダイヤへの影響の波及のシミュレーションを行うが、当該列車が遅延した際に、まず、後続列車については、順序逆転が発生したり、列車間の時隔が無くなる駅（以下駅Ｃ）においても、安全上必要最小限基準到着時隔が確保できるように、後続列車の駅Ｃへの到着時刻を求める。
その上で、次駅（以下駅Ｂ）における基準到着時隔を確保するように、後続列車の駅Ｂへの到着時刻を求め、そこから、基準走行時分を加算することで、後続列車について遅延発生以降のダイヤへの遅れの波及を求めるロジックとなっている。
このため、ダイヤが大幅に乱れた場合には、遅延等の発生した列車の後続列車に対して、その都度上記のような、順次波及を行うロジックを実行しなければならず、プログラムが煩雑化し、処理速度が低下するという問題がある。

特に、大手公民鉄のような高密度ダイヤ、あるいは、複雑な線区や、他社線からの乗入れもあるような、遅延波及が錯綜するダイヤに、大幅な乱れが発生した場合に、指令員による列車運転状況の迅速な判断に資することができる列車運行指令装置を実現するには、予測運転整理システムによる列車走行実績データを正確にシミュレーションすることが前提となる。
また、特許文献２の運転整理支援システムは、天候や事故などにより、実際にダイヤグラムに乱れが生じた場合に、それ以降の運転を正常な状態へ戻すために行う運転整理業務の支援を前提としたものであり、予測運転整理システムのデモンストレーションを実施するため、始発から任意の時刻までの列車走行実績ダイヤデータ及び列車在線位置情報を自動生成し、それらのデータに基づきダイヤ予測を行うことは想定していない。

そこで、本発明は、予測運転整理システムを稼働させるために必要最小限のデータの生成を行い、上述のような錯綜するダイヤ乱れ状況下でも、シミュレーションできる環境（データ）を作成し、システムの動作確認作業を円滑に行えるようにする。
さらに、デモンストレーションを実施する際、ＴＴＳを使用することなく、スタンドアロンのＰＣにより、直感的な操作で、運転整理を行えるようにすることを目的としている。

一般に、予測運転整理システムにおいて、鉄道各社により定められた一定時間、例えば、現在時刻から３時間分の正確な予測ダイヤの表示機能を備えている。
したがって、列車乱れ時の運転整理案自動出力機能と予測ダイヤを直感的にマウスで操作することにより、運転整理を実行可能な機能を搭載し、例えば、３時間後までの回復運転を想定したシステムとし、３時間分の予測ダイヤをマンマシン端末のスジ表示画面に表示することを前提とする。
また、１つの決まった路線のみの対応だけではなく、他路線へも柔軟に適用できるよう、プログラムを簡素化して移植を容易にする手段を持ち、なお且つ処理速度も考慮した上で制約論理の制約式を１行実行するだけで遅延波及を実現できる手段としている。

これにより、スタンドアロンＰＣで列車走行シミュレーションを行うことが可能となり、従来ＴＴＳ等の別装置との接続に伴う環境構築を省略することができる。
すなわち、従来の予測運転整理システムを使用してデモンストレーション実施する際には、従来の手続型プログラミング方式を採用し、影響を受ける多数の高速列車に対し、順次波及を行うロジックを実行しなければならず、全制約をロジック化することにより、ステップ数が多くなり、任意のケースごとに値を変更するようなプログラム構成となっていた。
これに対し、本発明では、制約論理プログラミング方式適用により、任意のケースごとの値を外部ファイルから読込み、１ステップの制約式に設定することでプログラムが簡素化し処理速度を向上させることができる。

また、従来は、ＴＴＳで列車走行させることにより、実績ダイヤデータ及び列車在線情報を生成していたが、ＴＴＳで列車走行（走行模擬）させることは、実際の列車走行からデータ収集することと同様のことであり、ダイヤ乱れ状況を作り出すには時間と手間を要していた。一方、本発明では指定した時間までの実績ダイヤデータ及び列車在線情報を短時間で作成し、ダイヤ乱れ状況も入力用ダイアログから列車、駅、遅延時間を設定することで容易に状況作成することが可能となる。
本発明は予測運転整理システムを稼働させるための必要データ（実績ダイヤデータ及び列車在線情報）を容易に作成可能とするシステムを提供するもので、他路線への適用については、制約式１ステップのみで各駅の着発時刻を演算するため、路線特有の定数（最小折返し時分等）変更を行うのみで、手続型のように任意のケース毎にロジックを作成する必要はない。

より具体的には、本願発明の列車走行実績データ自動生成シミュレータにおいては、遅延列車設定インターフェイスを介して入力された列車遅延情報に基づいて、当日の計画ダイヤを基準として、遅延指定列車の遅延指定駅に対し、下記の制約式（１）、（２）により静的制約を設定する静的制約論理部と、前記静的制約論理部により設定された静的制約に基づいて、制約伝播処理及び動的制約処理を実行し、始発から任意の時刻までの全列車・全駅での到着、及び発車時刻を算出する動的制約論理部と、前記動的制約論理部により算出された始発から任意の時刻までの全列車・全駅での到着、及び発車時刻に基づいて、スジ表示を行う表示部とを備えるようにした。
制約式（１） Ｔａ（ｒ、ｂ）＋Ｘ≧ＴＰａ（ｒ、ｂ）
制約式（２） Ｔｄ（ｒ、ｂ）＋Ｙ≧ＴＰｄ（ｒ、ｂ）
ただし、制約式（１）は、到着時刻の遅延をＸ秒とし、ＴＰａ（ｒ、ｂ）は、列車番号ｒのｂ番線における計画ダイヤ上の到着時刻、ＴＰａ（ｒ、ｂ）は列車番号（列番）ｒのｂ番線における計画ダイヤ上の到着時刻を示し、制約式（２）は、発車時刻の遅延をＹ秒とし、ＴＰｄ（ｒ、ｂ）は、列車番号ｒのｂ番線における計画ダイヤ上の出発時刻、ＴＰｄ（ｒ、ｂ）は、列車番号（列番）ｒのｂ番線における出発時刻である。

本発明の列車走行実績データ自動生成シミュレータによれば、静的制約論理部と、この静的制約論理部により設定された静的制約に基づいて、制約伝播処理及び動的制約処理を実行し、始発から任意の時刻までの全列車・全駅での到着、及び発車時刻を算出する動的制約論理部とにより、始発から任意の時刻までの全列車・全駅での到着、及び発車時刻に基づいて、スジ表示を行うことができるので、別途ＴＴＳを使用することなく、予測運転整理システム機能を搭載したマンマシン端末上で列車走行実績データ自動生成を起動することができる。
これにより、マンマシン端末１台で成立するため、物理的制約（必要マシン台数の削減）及び時間的制約（列車乱れ状況を作成するのに要する時間）を省くことができ、マンマシン端末（スタンドアロン環境）で動作するため、予測運転整理システムのデモンストレーション及び動作確認作業（デバッグ）を円滑に行うことが可能となる。

図１は、従来の列車シミュレータ（ＴＳＳ）を使用した予測運転整理システムの構成図である。 図２は、本発明による予測運転整理システムの構成図である。 図３は、列車走行実績ダイヤデータ及び列車在線位置情報生成の処理フロー図である。 図４は、制約論理方式の静的制約論理部と動的制約処理部適用の詳細を示したフロー図である。 図５は、本発明による、実績データ遅延発生時における予測処理（スジ表示イメージ図）を示す図である。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の列車走行実績データ自動生成シミュレータについて実施例を説明する。

本実施例では、ＴＴＳに代わり、模擬的に列車走行させる手段として、「遅延させる列車」、「この列車を遅延させる駅」、「この駅で着遅延または発遅延」、「この駅での遅延時分」の４パラメータからなる制約を加味した列車走行実績ダイヤデータを６秒周期で更新し、マンマシン端末上スジ表示画面の実績ダイヤが更新されるため、ＴＴＳで列車を走行させているのと同様のスジ表示を可能とする。

このようにして、遅延発生させるため、入力インターフェイスを介して、上述の４パラメータを入力し、これらを登録設定すると、以下の処理により、この設定を反映した列車実績ダイヤデータを作成し、スジ表示画面に表示する。

ここで、遅延波及させるには、その前提として、ダイヤ予測と同様に、以下の静的制約設定を行う。
（１）運行計画制約
（ａ）列車の出発時刻（出庫発、経過番線発も対象）は運行計画上の出発時刻以後である（早発禁止）。
（ｂ）列車の到着時刻（経過番線、出／入庫終了番線は対象外）は運行計画上の到着時刻以後である。
（２）駅間走行時分制約
駅間の走行時分は最小駅間走行時分以上である。
（３）入換走行時分制約
入換時の走行時分は最小入換走行時分以上である。
（４）駅停車時分制約
（ａ）停車駅での停車時分は予測停車時分以上である。
ここで、予測停車時分＝標準停車時分×駅混雑係数×季節係数×曜日係数×行先別混雑係数
（ｂ）通過駅の場合は停車時分＝０である。
（５）入換停車時分制約
入換番線での停車時分は最小入換停車時分以上である。
（６）折返し時分制約
折返し時分は最小折返し時分以上である。
（７）発発続行時分制約
同一駅から同一走行方向に出発する２列車においては、出発時刻に発発続行時隔（先発列車出発時刻からの経過時間）以上の時隔が必要である。
（８）線路容量制約
駅間の同一線路に在線する列車数は線路容量以下である。
（９）番線競合制約
（ａ）同一番線を使用する２列車においては、先使用列車の発時刻と後使用列車の着時刻の間に番線競合時隔以上の時隔が必要である。
（ｂ）番線使用順序は優先判断機能で決定する。本線番線を使用する順序はダイヤ上の使用順序（発時刻順）のとおりとする（側線番線は早い者勝ちで使用）。
（１０）交差競合制約
（ａ）同一交差部を使用する２列車においては、先使用列車の交差部使用時刻と後使用列車の交差部使用時刻の間に交差競合時隔以上の時隔が必要である。
（ｂ）交差順序は優先判断機能で決定する。

遅延発生・波及の具体的なロジックは、上記のように、入力インターフェイスを介して入力された「遅延させる列車」、「この列車を遅延させる駅」、「この駅で着遅延または発遅延」「この駅での遅延時分」の入力パラメータに基づき、上記した（１）の運行計画制約で合致する列車・駅を検索し、発遅延であれば（ａ）の列車の出発時刻を、着遅延であれば（ｂ）の列車の到着時刻に、その遅延量を制約設定する。

後続列車の遅延波及は、上記の制約（１）〜（１０）を前提に実行することにより、自動的に遅延波及するような列車走行実績ダイヤを出力し、マンマシン端末のスジ表示画面上に表示する。
図１は、本実施例の理解を容易にするため、列車走行実績データ自動生成シミュレータを用いず、列車走行シミュレータ（ＴＴＳ）を用いた従来のシステム構成図である。

当日の実施ダイヤ１００１に従って、列車走行シミュレータ（ＴＴＳ）１００４により、駅処理装置１００７を稼働して、中央処理装置１００８により、現場状況（信号現示、軌道回路等）を作動させて列車を模擬的に走行させ、時間の経過とともに列車走行実績ダイヤ１００２及び列車在線位置情報データ１００３を作成する。

ダイヤ予測機能１００５は、一般的には一定周期でデータ更新・演算を行うことから、例えば、６秒周期でデータ更新・演算を行う場合、その倍数、例えば１８秒周期で実施ダイヤ１００１、列車走行実績ダイヤ１００２、列車在線位置情報データ１００３の各データを共有メモリから読込み、予測ダイヤデータ１００９を出力する。その予測ダイヤデータ１００９及び列車走行実績ダイヤ１００２をマンマシン機能１００６がスジ画面表示する。

提案機能１０１０は、実施ダイヤ１００１と予測ダイヤデータ１００９に基づいて、列車乱れが発生したとき、これを解消するための提案を行い、マンマシン機能１００６に表示し、操作者の支援を行う。

一方、図２は本発明を適用した実施例のシステム構成図であり、列車走行シミュレータ（ＴＴＳ）１００４、駅処理装置１００７、中央処理装１００８を必要とせず、スタンドアロンのＰＣ等からなるマンマシン端末内に構成される列車走行実績データ自動生成シミュレータ２００４を備えている。

列車走行実績データ自動生成シミュレータ２００４は、後述する処理により、当日実施ダイヤ２００１を基礎データとして、任意の時刻までの列車走行実績ダイヤ２００２及び列車在線位置情報データ２００３を作成し、ダイヤ予測機能２００５は、予め定めた更新周期、例えば、１８秒周期で当日実施ダイヤ２００１、列車走行実績ダイヤ２００２、列車在線位置情報データ２００３のデータを、共有メモリから読込み予測ダイヤデータ２００９を出力する。その予測ダイヤデータ２００９及び列車走行実績ダイヤ２００２をマンマシン機能２００６がスジ画面表示する。

図３は、列車走行実績データ自動生成シミュレータ２００４により、図２における列車走行実績ダイヤ２００２及び列車在線位置情報データ２００３を出力するまでの処理フローを説明するものである。
列車遅延情報入力３００１で、遅延列車設定インターフェイスとして列車遅延情報入力ダイアログ３００２を介して、遅延させる列車、この列車を遅延させる駅、この駅での着遅延または発遅延、この駅での遅延時分の４入力パラメータを列車遅延情報入力ダイアログ３００２上段に設けた入力欄に入力する。
最初にこれらの入力パラメータについて、当日の計画ダイヤを基準として、各入力項目が時系列的な矛盾の有無等を合理性チェック部３００３によりチェックした後、ＯＫであれば、これらの入力パラメータを読み込み、遅延指定列車の遅延指定駅に基づいて、静的制約論理部３００４により静的制約を行う。
続いて、制約論理方式の静的制約論理部３００４のルーチンを開始する。

制約論理方式の静的制約論理部３００４により静的制約を実行した後、この静的制約に基づいて、動的な制約を行う動的制約処理部３００５により、制約伝播処理及び動的制約処理（Ｓｏｌｖｅ処理）を実行し、始発から任意の時刻（現在時刻）までの全列車・全駅での着発点（着発時刻）を算出する。

全列車・全駅での着発点（着発時刻）を算出した後、算出部３００６で、列車走行実績ダイヤデータ（ＰＲＣＷＤＦ）、任意の時刻（現在時刻）との境界面から列車在線位置情報データ（ＴＴＴ）（例：列車Ａが１０駅停車、列車Ｂが１０駅と１１駅の駅間走行中）を算出し、記録部３００７で共有メモリに書込む。

共有メモリに書込まれた列車走行実績ダイヤデータ（ＰＲＣＷＤＦ）及び列車在線位置情報データ（ＴＴＴ）に基づいて、予測運転整理システムのダイヤ予測機能が、予め定めた更新周期、例えば、１８秒周期で読込み、自動更新を繰り返し、任意の時刻（列車走行実績ダイヤデータ（ＰＲＣＷＤＦ）との境界面）から、例えば、３時間分の列車走行実績ダイヤデータ（ＰＲＣＷＤＦ）及び列車在線位置情報データ（ＴＴＴ；現在走行中の列車が現時点でどこに（例：Ａ駅のホーム、Ａ駅とＢ駅の間）在線しているかを格納したデータであり、現時刻までに走行した駅の着発時刻情報も格納している。）の予測ダイヤデータ３００８とし、予測運転整理システム３００９でスジ表示画面に表示する。

図４は図３の処理フローに示された静的制約論理部３００４、動的制約処理部３００５における制約論理部の詳細フローを説明するものである。
なお、以下の制約式では、パラメータを次のように定義している。
ＴＰａ（ｒ、ｂ） 列車番号（列番）ｒのｂ番線における到着時刻
ＴＰｄ（ｒ、ｂ） 列車番号（列番）ｒのｂ番線における出発時刻
ＴＰａ（ｒ、ｂ） 列車番号（列番）ｒのｂ番線における計画ダイヤ上の到着時刻
ＴＰｄ（ｒ、ｂ） 列車番号（列番）ｒのｂ番線における計画ダイヤ上の出発時刻
ＴＮｏｗ 現在時刻（スジ画面表示時の時間軸）

４００１は、列車遅延情報入力ダイアログ３００４に入力された、列車遅延入力パラメータに基づき、運行計画上の静的制約論理（時刻に依存しない制約）を実行するための制約式を説明したものである。
制約式（１）は、着遅延（到着時刻の遅延）がＸ秒の場合、計画ダイヤ上の到着時刻Ｔａ（ｒ、ｂ）にＸ秒加えた時刻が、当該列車の遅延到着時刻ＴＰａ（ｒ、ｂ）後であること。すなわち、
Ｔａ（ｒ、ｂ）＋Ｘ≧ＴＰａ（ｒ、ｂ）・・・・・（１）
制約式（２）は、発遅延（出発時刻の遅延）がＹ秒の場合、計画ダイヤ上の出発時刻にＹ秒加えた時刻が、当該列車の遅延出発時刻後であること。すなわち、
Ｔｄ（ｒ、ｂ）＋Ｙ≧ＴＰｄ（ｒ、ｂ）・・・・・（２）
ただし、制約式（１）、（２）において、左辺が現在時刻ＴＮｏｗをオーバーする際は、Ｘ、Ｙの値は、以下のとおりとして、遅延時分の打ち切りを行う。
Ｘ＝ＴＮｏｗ−ＴＰａ（ｒ、ｂ）・・・・・・・・（３）
Ｙ＝ＴＮｏｗ−ＴＰｄ（ｒ、ｂ）・・・・・・・・（４）

４００２は動的論理動的制約（時刻に依存する制約）を実行する処理で、この処理で任意の列車を遅延させた場合の後続列車遅延波及する実績ダイヤデータを算出する。

図５は実績データ遅延発生時における予測ダイヤをスジ画面表示したイメージ図である。
５００１で示すように、Ａレ（列車Ａ）を１５駅で４２０秒着遅延させた場合、その後続列車（Ｂレ、Ｃレ等）に遅延波及する状況を示している。
図５のように実際の列車乱れのような遅延状況を容易に再現可能であるため、予測運転整理システムの動作確認作業及びデモンストレーションも容易に短時間で実施できる。
また、経験の浅い指令員にとって、列車乱れ状況下でのダイヤ予測するスキルを身に付け、どのような運転整理が効果的かを訓練するシステムとしても広く利用されることが期待できる。

１００１ 当日実施ダイヤデータ １００２ 列車走行実績ダイヤデータ
１００３ 列車在線位置情報データ １００４ 列車走行シミュレータ（ＴＴＳ）
１００５ ダイヤ予測機能 １００６ マンマシン・スジ表示機能
１００７ 駅処理装置 １００８ 中央処理装置
１００９ 予測データ １０１０ 提案機能
２００１ 当日実施ダイヤデータ ２００２ 列車走行実績ダイヤデータ
２００３ 列車在線位置情報データ
２００４ 列車走行実績データ自動生成シミュレータ
２００５ ダイヤ予測機能 ２００６ マンマシン・スジ表示機能
２００９ 予測データ
３００１ 列車遅延情報入力部
３００２ 列車走行実績データ自動生成シミュレータ（本発明機能）の画面インターフェイス
３００３ 合理性チェック部
３００４ 静的制約論理部 ３００５ 動的制約論理部

Claims (4)

1. 遅延列車設定インターフェイスを介して入力された列車遅延情報に基づいて、
   当日の計画ダイヤを基準として、遅延指定列車の遅延指定駅に対し、下記の制約式（１）、（２）により静的制約を設定する静的制約論理部と、
   前記静的制約論理部により設定された静的制約に基づいて、制約伝播処理及び動的制約処理を実行し、始発から任意の時刻までの全列車・全駅での到着、及び発車時刻を算出する動的制約論理部と、
   前記動的制約論理部により算出された始発から任意の時刻までの全列車・全駅での到着、及び発車時刻に基づいて、スジ表示を行う表示部とを備えたことを特徴とする列車走行実績データ自動生成シミュレータ。
   
   制約式（１） Ｔａ（ｒ、ｂ）＋Ｘ≧ＴＰａ（ｒ、ｂ）
   制約式（２） Ｔｄ（ｒ、ｂ）＋Ｙ≧ＴＰｄ（ｒ、ｂ）
   ただし、制約式（１）は、到着時刻の遅延をＸ秒とし、ＴＰａ（ｒ、ｂ）は、列車番号ｒのｂ番線における計画ダイヤ上の到着時刻、ＴＰａ（ｒ、ｂ）は列車番号（列番）ｒのｂ番線における計画ダイヤ上の到着時刻を示し、制約式（２）は、発車時刻の遅延をＹ秒とし、ＴＰｄ（ｒ、ｂ）は、列車番号ｒのｂ番線における計画ダイヤ上の出発時刻、ＴＰｄ（ｒ、ｂ）は、列車番号（列番）ｒのｂ番線における出発時刻である。
2. 前記遅延列車設定入力インターフェイスに、遅延させる列車、前記列車を遅延させる駅、前記駅で着遅延または発遅延、前記駅での遅延時分の４パラメータを持ち、最大４列車まで遅延させる列車を指定可能であることを特徴とする請求項１に記載の列車走行実績データ自動生成シミュレータ。
3. 任意の時刻での列車走行実績ダイヤデータの境界面から列車在線位置情報を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の列車走行実績データ自動生成シミュレータ。
4. 任意の時刻での列車走行実績ダイヤデータ及び列車在線位置情報を自動生成し、共有メモリに書込むことで、ダイヤ予測を任意の時刻から開始することを可能とする請求項１から３のいずれか１項に記載の列車走行実績データ自動生成シミュレータ。

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