JP2015140122A - ダイヤ計画立案システム及びダイヤ計画立案方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の路線について、並走する複数路線や、ネットワーク状に連携する路線網に対し、移動区間や全体的な乗換えとして最適なダイヤ案を出力する。【解決手段】ダイヤを作成するための情報が入力される入力部と、サービスレベルに基づき、各路線での乗換時間を最小化するダイヤ案を立案し、全体として乗換時間の少ないダイヤを作成する処理部と、処理部によって、作成されたダイヤを出力する出力部とを有する。【選択図】図1

Description

本発明は、ダイヤ計画立案方法および立案システムに関する。
公共交通機関のダイヤ計画立案システムは、鉄道やバスなどの公共交通機関を日々円滑に運行させるため、事前に公共交通機関の運行予定を策定させるシステムである。従来公共交通機関のダイヤを決める際には、ある対象路線について、路線周辺の移動需要を予測し、その移動需要に対応する運転間隔、車両数を決め、最後にこれらを満足するダイヤを作成している。
例えば、特許文献1は、ある対象路線について、路線沿線上の各駅の乗降者人数をもとに移動需要を予測し、その移動需要に対応する車両数を設定し、これらを満足するダイヤと乗車率の予測を出力している。
特開2006−327239号公報
しかしながら、特許文献1は、ある1本の路線に対する効率的なダイヤ計画は出力出来ているが、複数の路線網に対し、効率的な解が出力出来ているとは限らない。ここで効率的な解とは、利用者にとっての待ち時間が少なく、公共交通機関の事業者にとって運用コストが少ないことを指す。
例えば、ある2つの路線A、路線Bが存在し、それらの路線がある区間で並走している場合、従来方式で別々にダイヤを作成した場合、ある区間で同時に車両が到着してしまうことが考えられる。この場合ある区間での到着時刻をずらすことで、区間内の移動者に対し待ち時間を短縮させることが可能であるが、従来方式ではこうした解を得ることが出来ない。また複数の路線A、B、・・、Nが存在し、それぞれネットワーク状に関連している場合、複数路線を乗換えて移動する移動需要が数多く発生することが考えられる。しかし従来方式では、乗換も考慮しつつ、複数路線の繋がりを考えた解を得ることが出来ない。
本発明の目的は、複数の路線網に対し、利用者にとっての待ち時間が少なく、公共交通機関の事業者にとって運用コストが少ないダイヤを作成することである。
上記課題を解決する本発明の一態様によるダイヤ計画立案システムは、ダイヤを作成するための情報が入力される入力部と、サービスレベルに基づき、各路線での乗換時間を最小化するダイヤ案を立案し、全体として乗換時間の少ないダイヤを作成する処理部と、処理部によって、作成されたダイヤを出力する出力部とを有する。
本発明によれば、複数の路線網を運行する公共交通機関について、利用者にとっての待ち時間が少なく、公共交通機関の事業者にとって運用コストが少ないダイヤを作成することが出来る。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の公共交通機関のダイヤ計画システムの構成を示す図である。 本発明の実施例における、並走区間が含まれた複数路線の様子を示す図である。 並走区間が含まれた複数路線において、効率の良いダイヤ立案の処理のフローチャートを示す図である。 路線入力部の設定内容を示す図である。 路線関係入力部の設定内容を示す図である。 移動需要入力部の設定内容を示す図である。 区間毎運行間隔入力部の設定内容を示す図である。 交通機関特性入力部の設定内容を示す図である。 区間毎のダイヤについて、整合処理の様子を示す図である。 ダイヤ出力部の出力内容を示す図である。 本発明の実施例における、路線網がネットワーク状に構成された様子を示す図 路線網がネットワーク状に構成された場合において、効率の良いダイヤ立案の処理のフローチャートを示す図である。 乗換時間設定部のフローチャートを示す図である。 前後の区間で運転本数が異なっている場合を示す図である。 運転本数の解消を行うフローチャートを示す図である。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。同一の符号を付した部分は同一物を表し、基本的な構成および動作は同様であるものとする。
図1は、本実施形態の公共交通機関のダイヤ計画システムの構成を示す図である。ダイヤ計画立案システム100は、路線入力部101、路線関係入力部102、移動需要入力部103、交通機関特性入力部104を有する入力部114を備える。算出部115は、運行間隔変更算出部108と、乗換制約算出部109を有する。さらに、最適ダイヤ作成部110、制約違反緩和部111を備える処理部116と、ダイヤ出力部112、および処理用のデータを保持するデータ保持部113を有する。
以下、並走区間が含まれた複数路線の場合、および路線網がネットワーク状に構成された場合の2つの実施例を使い、本発明の処理内容を説明する。
図2は、本発明の実施例における、並走区間が含まれた複数路線の様子を示す図である。図中には4つの地点が存在し、それぞれ地点α(201)、地点β(202)、地点γ(203)、地点δ(204)とする。また211、212、213は路線Aにおける駅を表しており、221、222,223は路線Bにおける駅を示している。これら路線A、路線Bは、地点αと地点β間の区間αβにて並走している状況を示している。なお図中の区間αβ間には駅は存在していないが、複数の駅が存在していてもよい。他の区間についても同様である。
図3は、最適ダイヤ作成部110が実行する並走区間が含まれた複数路線において、効率の良いダイヤ立案の処理のフローチャートを示す図である。以下、それぞれの処理の説明を行う。
最初に路線入力部101についての処理を説明する。ステップ301では、路線入力部101に処理に該当する各路線が入力される。図2の例では、路線Aと路線Bについて入力を行う。
ステップ302では、並走路線部分についての情報を入力する。図2の例では、並走する区間に関する情報が路線関係入力部102に入力される。
ステップ303では、移動重要入力部103に各区間での移動需要が設定される。
ステップ304では、区間毎運行間隔入力部105は、区間毎の運行間隔サービスレベルの入力を受け付ける。運行間隔サービスレベルとは、ある区間における最低運行間隔を意味しており、どの路線の車両が来ても構わないが、利用者は最長でも最低運行間隔以上の時間で待たないことを示している。
次に、本実施形態の処理部における処理を説明する。ステップ305では、運行間隔変更算出部108は、区間毎の運行本数を決定する。ある区間について移動需要、および最低運行間隔に基づき、区間毎の運行本数=設定時間幅/最低運行間隔で計算する。例えば、1時間毎に決定する場合は、区間毎の運行本数(1時間毎)=60分/最低運行間隔(分)で計算する。この時、移動需要に応えられていなければ移動需要を満足する必要本数を設定する。例えば運行本数(1時間毎)×車両の定員が移動需要(1時間毎)を下回っていたら、必要本数=移動需要/車両の定員を計算し、その結果を区間毎の運行本数(1時間毎)とする。
ステップ306では、運行間隔変更算出部108が区間毎のダイヤ初期案を決定する。区間毎の運行本数を使い、例えば始発の朝4時から1時間毎に一定間隔で始発駅を出発する初期ダイヤ案を作成する。
ステップ307では、運行間隔変更算出部108がダイヤ初期案に対するダイヤ調整変数を指定する。ダイヤ調整変数の詳細については図9にて説明するが、基本的には複数のダイヤのスジを一定時間ずらすための調整変数、および各スジ1本1本に対してずらすための調整変数から構成される。
ステップ308では、最適ダイヤ作成部110は、最適化目標を決定する。ここで最適化目標は、ステップ307にて設定したダイヤ調整変数を使い、各ダイヤ調整変数の総和の最小化とする。
ステップ309では、最適ダイヤ作成部110が最適化計算を実施する。ここで、最適化式は以下の通りとなる。
Min λ(繋がっていないスジの本数)+ε(Σ(各ダイヤ調整変数))
s.t 各ダイヤ調整変数≧0
λ、ε:パラメータ(設定値)
ここで、繋がっていないスジとは、ある区間のスジと、別の区間で最も近いスジを繋げてみた時に、駅で必要以上に待つことになるスジを指す。図2の例で区間αβを走行するスジが駅AK着10:10、駅AK発10:11で、区間βγを走行する最も近いスジが、駅AK発10:30であった場合、駅AKにて19分待つことになるため、必要以上に待つスジと考える。
上記最適化式について、解き方はいくつか挙げられるが、ここではGA(Genetic Algorithm)による解法を説明する。GAでは遺伝子と呼ばれる解候補を複数用意する必要がある。本実施例では、各ダイヤ調整変数の値を繋げたものを1つの遺伝子とする。例えば、路線Aのスジ1番の駅A1でのダイヤ調整変数, 路線Aのスジ1番の駅A2でのダイヤ調整変数・・・とダイヤ調整変数を繋げたものを遺伝子の構造とし、その初期値は乱数で設定する。この解候補を複数生成し、上記最適化目標に照らし合わせて劣った遺伝子を淘汰した後、遺伝子の交叉、突然変異を行い新たな解候補の生成を実施する。
また、別のやり方としては、最適化目標を少し変更し、線形計画法として解くことが考えられる。上記最適化目標では、「繋がっていないスジの本数」として表しているが、これを「繋げた場合のスジの待機時間」とすることで以下の式になり、線形計画法として解くことが可能になる。
Min λ(Σ繋げた場合のスジの待機時間)+ε(Σ(各ダイヤ調整変数))
s.t 各ダイヤ調整変数≧0
λ、ε:パラメータ(設定値)
ステップ310では、ステップ309で出力されたダイヤ調整変数の内容をもとに、路線毎のダイヤ分解を実施する。図2を例にすると、先に分岐された区間側から繋がるスジを選んでいく。具体的には図2の区間βγに関するダイヤのスジを選択した後、区間αβのスジを確認し、ダイヤ調整変数で調整された後の地点βでの到着時刻、発車時刻を確認し、最も近いスジを区間βγで選んだスジと同じスジと判定する。
最後にダイヤ出力部112について説明する。ステップ311では、上記ステップで計算したダイヤ計画案について、路線毎の出力結果を出力する。出力の際、設定された運行間隔サービスレベルが超過していた場合には、超過の判定結果を出力する。また、ダイヤ出力部112は、データ保持部113に路線ごとの出力結果を格納する。
以下、入力情報、出力情報についての説明を行う。図4は、路線入力部101の設定内容を示す図である。路線入力部では、路線ID401、駅ID402、駅名403、営業キロ404の入力を行う。路線に複数の駅が存在する場合はレコードを分けて記述する。図4の例では路線Aについて、駅がA1,A2,A3の3つが存在している事を示している。以下、特に説明しない限り、あるカラムに複数の値が入りそうな場合は、レコードを分けて記録しているものとする。
図5は、路線関係入力部102の設定内容を示す図である。50は並走区間を示すための設定内容であり、区間ID501、路線ID502、並走路線ID503、路線始端ID504、路線終端ID505、並走路線始端ID506、並走路線終端ID507、ダイヤ調整変数タイプ508から構成される。路線始端および路線終端とは、該当路線のある区間についての始端と終端の駅を指す。並走路線始端、及び並走路線終端についても同様である。ダイヤ調整変数タイプについては詳細な使い方を図9にて説明する。また51は、後述する乗換時間に関する設定内容であり、地点ID511、駅ID512、乗換駅ID513、乗換時間514から構成される。
図6は、移動需要入力部103の設定内容を示す図である。60は、移動需要を区間毎に入力するための設定内容を示したものであり、区間ID601、移動人数602、時間帯603から構成される。また61は、移動需要をOD情報として設定する場合の設定内容を示したものである。ここで、OD情報とは、出発(Origin)、到着(Destination)の組み合わせ毎の利用者人数を示したものである。61は、乗車駅ID611、降車駅ID612、移動人数613、時間帯614で構成されており、一旦、移動需要入力部103で入力された後、路線関係入力部102の設定内容50を参考にし、変換して60の設定内容を作成しても良い。
図7は、区間毎運行間隔入力部105の設定内容を示した図であり、区間ID701、最低運行間隔702で構成される。ここで区間毎の最低運行間隔のサービスレベルを先に規定することで、各路線のダイヤを合わせた時に、区間としてのサービスレベルの確保が可能となる。
図8は、交通機関特性入力部107の設定内容を示した図である。80は各駅での遅れ時間を設定したものであり、路線ID801、交通手段802、駅ID803、最大遅れ時間804で構成される。最大遅れ時間については、様々な設定方法が考えられるが、例えば過去一年間の遅れ時間の95%をカバーする遅れ時間を最大遅れ時間と規定することが考えられる。また81は、各路線での車両の定員を示したものであり、路線ID811、交通手段812、定員813で構成される。交通機関特性入力部が存在することで、複数の交通モードが混じった中、区間毎のサービスレベルを考慮したダイヤ計画が可能となる。
図9は、並走区間が含まれた複数路線において、効率の良いダイヤ立案をする場合の、ダイヤ調整変数の設定例を示したものである。901は、地点αにおける車両の発車時刻を示している。同様に902は地点βにおける車両の到着時刻、発車時刻を示し、903は地点γの到着時刻、904は、地点δの発車時刻を示している。また911は区間αβにおけるスジの概要、同様に912は区間βγのスジの概要、913は、区間βδのスジの概要を示している。本例では、地点α→γ行き、および地点α→δ行きの路線を示している。ここで、ダイヤ調整変数は、スジ1本1本に対するもの、および複数のスジに共通にかけるもの、として設定例を示している。スジ1本1本に対しての調整例として、地点βにおける到着時刻の変更で表している。例えば1本目のスジは初期ダイヤ案としては10:10に到着としているが、ダイヤ調整変数AD-1tにて計画変更出来る事を示している。また、複数のスジに対する調整例として、地点βの到着時刻、地点γの到着時刻において、ダイヤ調整変数cにて一度に変更出来る事を示している。同様に地点βの到着時刻、地点δの到着時刻において、ダイヤ調整変数dにて一度に変更出来るようにしている。このダイヤ調整変数を図3のステップ309にて説明した最適化計算にて変数の値を確定させる。なお、ダイヤ調整変数の設定については、図5のダイヤ調整変数タイプにて1本1本でも複数一度でも、その2つの方式の併用でも設定出来る。
図10は、ダイヤ出力部112の出力内容を示す図であり、路線ID1001、スジID1002、駅ID1003、到着時刻1004、発車時刻1005、運行間隔サービスレベル超過1006、乗換サービスレベル超過1007から構成される。路線IDについては、本図の通り路線すべてを表示しても良いし、路線ID毎に別のダイヤとして出力しても良い。また、運行間隔サービスレベル超過については、最低運行間隔よりも多い運行間隔になっている解について、超過の度合いを出力する。また乗換サービスレベル超過については、後述するように乗換サービスレベルを超過した箇所について、内容が記録されている。
図11は、本実施例の別の形態を示す、路線網がネットワーク状に構成された様子を示す図である。図中には地点が4つ存在し、それぞれ地点α1101、地点β1102、地点γ1103、地点δ1104となっている。また図中には4つの路線が存在し、路線Aには駅1111、駅1112、駅1113、駅1114、路線Bには駅1121、駅1122、駅1123、路線Cには駅1131、駅1132、駅1133、駅1134、路線Dには駅1141、駅1142、駅1143が存在する。地点αには二つの駅、駅1112、および駅1122が存在しており、乗換可能となっている。他地点β、γ、δについても同様に乗換駅が存在していることを示している。
図12は、路線網がネットワーク状に構成された場合において、効率の良いダイヤ立案の処理のフローチャートを示す図である。以下、図11の実施例に従って処理内容を説明する。なお図12の図中、図3と同じ番号がふられた処理が存在するが、それは図3の処理内容と同じものを意味しており、ここで改めて説明しないものを示している。
最初に入力処理について説明する。
ステップ1201では、路線入力部102に、乗換路線情報が設定される。これによりどの地点にどの駅間で乗換が発生するかを規定出来る。
ステップ1202では、サービスレベル設定部104は、各駅間における乗換時間のサービスレベルが入力される。ここで設定した乗換時間により、乗換に関する最大時間を規定する。
次に処理内容について説明する。
ステップ1203では、各乗換地点におけるダイヤ調整変数を規定する。その規定内容については、図13にて説明する。
ステップ1204では、最適化目標を決定する。ここで最適化目標は、ステップ1203にて設定したダイヤ調整変数を使い、各ダイヤ調整変数の総和の最小化とする。
ステップ1205では、最適化計算を実施する。ここで最適化式は以下の通りとなる。乗換時間、および待機時間の算出方法については図13にて説明する。
Min λ(Σ(各乗換地点での乗換時間))+ε(Σ(各乗換地点での待機時間))
s.t 各ダイヤ調整変数≧0
λ、ε:パラメータ(設定値)
最適化計算の具体的処理は、図3のステップ309と同じ解法を使い、解を導く。
なお、解が出力された時に、場合によってはステップ1202で設定した乗換時間のサービスレベルを超過する解が部分的に出力される場合がある。その場合には、サービスレベルを超えたスジについて、乗換サービスレベル超過のラベルを行う。具体的には図10の乗換サービスレベル超過1007に詳細情報が登録される。
図13は、路線網がネットワーク状に構成された場合、各乗換地点での乗換時間を最小化するための具体的なダイヤ調整変数の設定方法を示した図であり、図11の地点αでの乗換えを例にし、図示したものである。1301は駅AEにおける到着時刻のダイヤ案を表しており、ダイヤ調整変数がAEUA-1t…AEUA-5tとなっている。同様に1302は駅BEにおける路線Bの上り方面の発車時刻のダイヤ案を示しており、1303駅BEにおける路線Bの下り方面のダイヤ案を示しており、それぞれダイヤ調整変数で発車時刻の変更が可能となっている。1304は駅AEにおける発車事項のダイヤ案を表している。ここで1301と1304と分かれているのは、ダイヤ初期案としては、駅AEの前の区間と駅AEの後ろの区間とで別々にダイヤ案を決めており、駅AEにて繋がっていないことを示している。ここで1301であるスジを選択した時の乗換時間1305は以下の通りに算出する。
乗換時間1305=駅BE上りでの発車時刻−選んだスジにおける駅AEでの到着時刻となる。ただし駅BE上りでの発車時刻は、選んだスジにおける駅AEでの到着時刻+乗換時間より後で、最も近い時刻とする。
同様に乗換時間1306も計算する。更に待機時間1307についても、以下の通りに算出する。
待機時間1307=駅AE上り(2)での発車時刻−選んだスジにおける駅AEでの到着時刻となる。ただし、駅AE上り(2)での発車時刻は、選んだスジにおける駅AEでの到着時刻より後で、最も近い時刻とする。これを同様にすべての乗換地点について行い、最適化式を構築する。
図14は、図3のステップ304にて、前後の区間でのサービスレベルが異なっている場合の様子を示している。具体的には1401では運行本数が9本しかない一方で、地点β以降の区間では運行本数が11本と明らかに不一致が現れている。
こうした場合には、図15のように、ステップ304の中で不整合解消処理を行っても良い。ステップ1501は折り返しのスジを作るかダイヤ作成者に確認を行う。あるいは、事前に折り返しのスジを作成するか否かを設定しておく。折り返しスジを作っても良い場合、ステップ1502にて、算出部115は、折り返し便として反対側のダイヤ案にスジを追加する。折り返し便を作らない場合、算出部115は、ステップ1503にて不足区間について本数追加を実施する。また本数追加により運行間隔サービスレベルを超過するため図10の運行間隔サービスレベル超過1006に詳細情報を記録する。ステップ1504では、変更周辺区間で運行本数不一致を確認する。そして、算出部115は、不一致が存在したと分かった場合(ステップ1505)、再度ステップ1501に戻る。ステップ1505にて不一致が無かった場合は終了する。
上記の実施形態によれば、複数の路線網を運行する公共交通機関について、利用者にとっての待ち時間が少なく、公共交通機関の事業者にとって運用コストが少ないダイヤを作成することが出来る。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。たとえば、並走区間が存在する構成と直交区間が混在する構成でも適用可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
また、公共交通機関で利用されるものであればよく、水上バス、地下鉄や路面電車なども含まれる。
100 ダイヤ計画立案システム
101 路線入力部
102 路線関係入力部
103 移動需要入力部
104 サービスレベル設定部
105 区間毎運行間隔入力部
106 乗換時間入力部
107 交通機関特性入力部
108 運行間隔変更算出部
109 乗換制約算出部
110 最適ダイヤ作成部
111 制約違反緩和部
112 ダイヤ出力部
113 データ保持部

Claims (12)

  1. 複数の路線のダイヤ計画立案を行うダイヤ計画立案システムであって、
    ダイヤを作成するための情報が入力される入力部と、
    サービスレベルに基づき、各路線での乗換時間を最小化するダイヤ案を立案し、全体として乗換時間の少ないダイヤを作成する処理部と、
    前記処理部によって、作成された前記ダイヤを出力する出力部と、を有する
    ダイヤ計画立案システム。
  2. 請求項1に記載のダイヤ計画立案システムにおいて、
    前記処理部は、前記複数の路線のうち、路線が並走された並走区間は、前記並走区間に属する複数の路線のサービスレベルを合わせることにより、ダイヤを作成する
    ダイヤ計画立案システム。
  3. 請求項1に記載のダイヤ計画立案システムにおいて、
    前記処理部は、区間毎に設定されたサービスレベルを超過した場合、どのダイヤのスジがサービスレベルを超過しているか判定する、ダイヤ計画立案システム。
  4. 請求項1のダイヤ計画立案システムにおいて、
    前記処理部は、設定されたサービスレベル内容が区間毎に不整合がある場合、不整合部分について折り返しダイヤを作成することで解消するダイヤ計画立案システム。
  5. 請求項1のダイヤ計画立案システムにおいて、
    設定されたサービスレベル内容が区間毎に不整合がある場合、前記処理部は、スジが不足している区間についてサービスレベルが超過しても実行可能なダイヤ案を作成する、ダイヤ計画立案システム。
  6. 請求項1に記載のダイヤ計画立案システムにおいて、
    前記複数の路線は、ネットワーク状に構成されている
    ダイヤ計画立案システム。
  7. 複数の路線のダイヤ計画立案を行うダイヤ計画立案システムのダイヤ計画立案方法であって、
    入力部により、ダイヤを作成するための情報を受信し、
    処理部が前記情報を読み出し、サービスレベルに基づき、各路線での乗換時間を最小化するダイヤ案を立案し、全体として乗換時間の少ないダイヤを作成し、
    出力部により、前記処理部によって、作成された前記ダイヤを出力する
    ダイヤ計画立案方法。
  8. 請求項7に記載のダイヤ計画立案方法において、
    前記処理部は、前記複数の路線のうち、路線が並走された並走区間は、前記並走区間に属する複数の路線のサービスレベルを合わせることにより、ダイヤを作成する
    ダイヤ計画立案方法。
  9. 請求項7に記載のダイヤ計画立案方法において、
    前記処理部は、区間毎に設定されたサービスレベルを超過した場合、どのダイヤのスジがサービスレベルを超過しているか判定する、ダイヤ計画立案方法。
  10. 請求項7のダイヤ計画立案システムにおいて、
    前記処理部は、設定されたサービスレベル内容が区間毎に不整合がある場合、不整合部分について折り返しダイヤを作成することで解消するダイヤ計画立案方法。
  11. 請求項7のダイヤ計画立案方法において、
    設定されたサービスレベル内容が区間毎に不整合がある場合、前記処理部は、スジが不足している区間についてサービスレベルが超過しても実行可能なダイヤ案を作成する、ダイヤ計画立案方法。
  12. 請求項7に記載のダイヤ計画立案方法において、
    前記複数の路線は、ネットワーク状に構成されている
    ダイヤ計画立案方法。
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