JP2017132361A - ダイヤ作成システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】鉄道システムにおいて、各列車における乗客の利便性(乗車利用率、乗車時間、乗車待ち時間)を考慮した電力削減量(電力消費量)を提供可能とする。【解決手段】ダイヤ変更案の作成において、対象路線における列車の時刻及び車両数を含むダイヤ情報と、前記列車の運行区間における乗客数を示す乗客数情報を取得し前記ダイヤ情報のダイヤを変更した場合における前記列車の乗車率を算出し、前記ダイヤ情報のダイヤを変更した場合における前記電力量を算出し、前記乗車率と、前記電力量に基づいて、ダイヤ変更案と、そのときの電力量を作成することを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、鉄道システムにおいて、電力を考慮しながらダイヤを変更するダイヤ作成技術に関する。
電力会社から企業施設や家庭に電気を供給する電力供給において、常に供給は需要を上回っていなければならず、需要が供給を越えてしまった場合には、その電力供給系統において一斉停電が起きることが危惧されている。そこで、一斉停電を回避するために、電力需要がひっ迫する時間帯において、大口需要家に、インセンティブと引き換えに使用電力を削減を依頼するDR(デマンドレスポンス)を行うことが準備されつつある。
鉄道会社は電力を大量に使用する大口需要家であり、DRの依頼先の候補である。DRでは、電力削減量と削減時間を提示し、大口需要家は、それを実行可能かで諾否を電力供給者に回答する。例えば特許文献1では、運行ダイヤを変更することにより電力消費量を削減する計画を立てている技術を開示している。ここでは、複数の運行パターンを切り替え、駅設備の電力運用パターンと組み合わせ、電力の削減を行い、所定の電力量を超過しない技術が開示されている。
特開2015-39956号公報
しかしながら、特許文献1において、運行ダイヤを複数パターン切り替え、列車本数を削減することで、電力消費を所定値以下にする発明であるが、利用者の利便性を考慮せずに列車本数を削減しているため、利用者にとっては不当に利便性が低下してしまうおそれがある。
本発明では、上記課題を考慮し、消費電力削減を提案する際、列車運行の列車パターンの変更(列車本数の削減)だけでなく、乗客の利便性(乗車利用率、乗車時間、乗車待ち時間)を考慮した列車制御を行い、かつ、列車編成数の変更、及びダイヤの再作成を行うことで、電力消費の削減を提供可能とする。
本発明では、上記課題を解決するために、ダイヤ作成において、対象路線における列車の時刻及び車両数を含むダイヤ情報と、列車の運行区間における乗客数を示す乗客数情報を取得し、ダイヤ情報のダイヤを変更した場合における列車の乗車率を算出し、ダイヤ情報のダイヤを変更した場合における電力量を算出し、乗車率と、電力量に基づいて、ダイヤ変更案と、そのときの電力量を作成する。
本発明によれば、DRが発生した際、鉄道システムにおいて、各列車における乗客の利便性(乗車利用率、乗車時間、乗車待ち時間など)を考慮して電力削減したダイヤへ変更する技術を提供することが可能となる。
本発明の電力にかかるシステムの関係の概要図の一例である。 本発明にかかる電力管理システムの構成図の一例である。 本発明にかかるDR回答時(a)と列車運行時(b)のフローチャート一例である。 本発明にかかる列車ダイヤと乗車予想率テーブルの一例である。 本発明にかかる減車減便における予想乗車率テーブルの一例である。 本発明にかかる線区別減速割合テーブルの一例である。 本発明にかかる修正後列車ダイヤテーブルの一例である。 本発明にかかる電力消費予想値テーブルの一例である。 本発明にかかる減車減便変更案作成の詳細フローの一例である 本発明にかかる減速変更案作成の詳細フローの一例である。 本発明にかかる減速運行時の詳細フローの一例である。 本発明にかかるDR発令時の時間と電力消費の関係の図の一例である。
以下、図面を用いて本実施例の形態を説明する。
図1は、電力管理システム概要図の一例である。
電力管理におけるシステムの関係の概要図には、電力管理システム101と列車運行管理システム102と電力会社103から構成される。電力管理システム101と運行管理システム102とは、鉄道会社に属している。
電力管理システム101は、鉄道システムで消費する電力消費量を管理する。すなわち、実際に消費した電力量データを把握するとともに、列車運行状況に応じた電力消費量のシミュレーション及び予測ができるシステムである。更に、列車制御に関する情報(例、ダイヤ図、列車制御情報、列車編成数)を、列車運行管理システム102へ提供することができる。
列車運行管理システム102は、列車運行ダイヤを基に信号等を制御して列車制御を行っており、列車状況を把握し、列車情報(消費電力、運行状況)を電力管理システム101へ送付している。更に、DRの際、電力管理システム101から受けら列車制御に関する情報を基に列車を制御する。
電力会社103は、電気を鉄道会社に提供して、その対価を得ている。また、電力会社103は、消費電力が供給電力を上回ると予想される場合、大規模停電を回避するためにDRの発令を行うことができ、また、電力管理システム101から応答を受信できるシステムとなっている。DRによって、大口消費家に消費電力削減をその目標値とともに依頼するとともに、電力削減を達成した場合に、その報酬を支払う。
図2は、電力管理システムの構成図の一例である。
電力管理システム101は、ネットワーク部201に接続され、列車運行管理システム送受信部202と計算部(CPU)203と列車走行シミュレータ204とDB群205から構成されるシステムである。
列車運行管理システム送受信部202は、列車運行管理から列車運行状況や列車電力消費量をリアルタイムに受信している。(ここでリアルタイムとは、各種機器から取得タイミングで順次、送信されることを示す。)また、列車ダイヤ、列車編成数、列車制御情報
を列車運行管理システム102へ送信している。
計算部(CPU)203は、DRを受け付けてそれに対する応答を行うDR応答部と、ダイヤ変更部と、電力消費量や乗車率を考慮し列車ダイヤを変更するダイヤ変更部と、消費電力をシミュレーションする電力消費シミュレーション部と、実際の消費電力を測定や集計を行う消費電力算出部とを備える。
DB群205は、列車ダイヤと予想乗車率206と、減車減便における予想乗車率207と、線区別減速割合208と修正後列車ダイヤと乗車予想率209と電力消費予想値210のデータテーブルを備える。テーブルの詳細や使用法については、以降のフローチャートで後述する。
図3は、DRが発令された場合におけるフローチャートの一例であり、DR回答時と列車運行時のフローチャートが存在する。以後の説明を簡略化するために、ダイヤ作成や目標電力削減値との比較は路線ごとに行っているが、鉄道会社(またはその地区)ごとなど適宜適切な単位を選択して行ってよい。
まず、DR回答時のフローチャートについて説明する。
DR依頼を受信(S0101)において、電力会社からDRが発令され、鉄道会社(DR応答部)がDR依頼を受信する。DRには、消費電力を削減する依頼と、削減する電力量、時刻帯、報酬などが含まれている。
まずは、電力消費シミュレーション部は、鉄道会社で容易に削減できる電力を定めておき、電力削減量を計算する。例えば、駅や関連する商業施設の空調設定を変えたり、照明を少なくしたり、エスカレータ、エレベータの稼働を少なくしたりする。また、列車についても、空調や照明の設定を変え、ダイヤに影響しない範囲で消費電力を削減する計画を立てる。そして、削減できる電力量を計算する。電力削減量に満たなかった電力量を、列車運行のダイヤ変更により削減させる。
尚、DRが発令されるタイミングは、前日、1時間前、又は10分前を想定しているが、その限りではない。DR依頼受信したタイミングで、DR応答部は列車の減車減便による電力削減量目標と列車の減速による電力削減量目標を設定する。減車減便及び減速は一方のみ行ってもよく、その場合には後続する関連するステップを省略する。
次に、減車減便変更案作成(S0102)において、ダイヤ変更部は、DR依頼受信(S0101)で決定した減車減便による電力削減量に従うよう列車の減車減便案の作成を行い、修正後の列車ダイヤと乗車予想率209を作成する。減車減便変更案では、ダイヤにかかる列車の編成車両数を短くしたり、列車ダイヤを間引いた運転を行うことで、消費電力を削減する。尚、DR依頼受信から電力削減実施までの時間が短く減車減便が対応できない場合は、本ステップを省略し、次ステップに進む。減車減便変更案作成(S0102)の詳細については、図9において後述する。
次に、減速変更案作成(S0103)において、ダイヤ変更部は、DR依頼受信(S0101)で決定した減速による電力削減量に従うよう列車運行の減速変更案を作成し、修正後列車ダイヤと乗車予想率209を再作成する。減速変更案では、列車の速度(加速度、定速運転速度、減速度)を低くしたダイヤに変更することにより、消費電力を削減する。列車運行の減速変更案作成(S0103)の詳細については、後述する。
減車減便変更案作成(S0102)と減車減便変更案作成(S0102)は、同時に行っても、交互に複数回行ってもよい。
そして、DR応答部は、電力会社に、電力削減可否や削減量、時刻などを含むDR回答を返答する(S0104)。
次に列車運行時のフローチャートを説明する。
DR回答後に、変更後列車ダイヤと列車制御情報(減速運行方法)を列車運行管理システムへ通知する。そして、列車運行時は、減車減便したダイヤで運行するとともに、決められた電力削減量に従うよう減速ダイヤ運行(S0105)を行う。電力量や乗客数に応じて、減速ダイヤを調整しながら減速ダイヤ運行を行う。詳細については、図11において、後述する。
次に、DB群について説明する。
図4は、列車ダイヤと予想乗車率テーブルの一例である。列車ダイヤと乗車予想率テーブル206は、列車の識別子である列車番号、列車の車両数を示す編成数、各駅の発時刻と駅間での乗車率予想を備えている。予想乗車率は、車両下の重量センサの計測値、駅や車両内のカメラ映像から解析した乗客数、乗車券利用データなどから推定した乗車実績データに、曜日や天候やイベントを考慮してビッグデータ分析により予想した予想乗車率であり、当日の乗車実績に基づいて随時更新してもよい。また、列車ダイヤについては、事故や故障などによって変更になった際には、変更後の最新のダイヤに維持され、予想乗車率が計算し直されるものとする。
図5は、減車減便における予想乗車率テーブルの一例である。減車減便における予想乗車率テーブル207は、列車について減車減便を行った際の全運行区間中の最大乗車率を示したテーブルである。このテーブルは、列車ダイヤと予想乗車率テーブルに基づいて作成される。この路線にかかる電車区では、10両編成の列車と5両編成の列車が在籍しており、10両(5両を2編成連結したものも含む)または5両で運行可能である。列車運行を間引いたところは、0両と記入している。尚、本テーブルは、省エネレベル1、2、3と3段階に対し、それぞれ編成数や列車間引きを予め割り当てているが、さらに細かくても良い。これは、予め減車減便ダイヤをレベルごとに定めておき、それに予想乗車率を当てはめ、最大乗車率が所定の基準値を超えず実際に適用可能であることを確認したものである。また、省エネレベルを設定せずに、その都度、編成車両数減車及びダイヤ減便を乗車率を計算しながら設定してもよい。
減車減便における予想乗車率テーブルは、減車減便変更案作成(S0102)において、決定された電力削減量と乗客予想率を考慮し、列車の減車減便案を作成するためのものである。
図6は、減速ダイヤ運行で用いる線区別減速割合テーブルの一例である。線区毎の優先度に対して、省エネレベルに応じた加速度・速度抑制割合を示したテーブルである。線区ごとに加速度・速度を抑制することより、利便性である到着時間が遅延する代わりに省電力化を行う。テーブルは、省エネレベル1、2、3と3段階であるが、さらに細かくても良い。また、その都度、予想または実際の乗車率に基づいて抑制割合を設定・調整してもよい。
図7は、修正前列車ダイヤテーブルと修正後列車ダイヤテーブルの一例である。列車ダイヤである。列車の減車減便並びに減速を行った際の変更箇所を網掛けしている。
列車番号202は、編成数を10両から5両へ減車した場合である。列車番号203は、編成数が10両から0両へ減便(間引き)した場合である。列車番号205は、減速した場合である。列車番号204は、減車並びに減速した場合である。列車の減車減便並びに減速を行った場合、いずれの場合も電力消費を抑えることができるが、乗車率が上がり、また、時刻が変更になり到達時間が延びる。すなわち、乗客の利便性が悪化と引き換えに電力を削減しており、DR発令の緊急事態に小さい影響で電力削減を行うことが求められる。
図8は、列車の減車減便並びに、列車の減速を行った際の電力消費予想値テーブルの一例である。本表は、各時間における電力消費を示している。列車ダイヤと予想乗車率209をもとに電力消費シミュレーション部において、列車運行時の消費電力をシミュレーションを行い全列車の消費電力を合計して作成する。
通常時及び、省エネレベル1、2、3で電力を削減した際の電力量を示した表である。省エネレベル1、2、3と3段階であるが、レベルごとでなく、変更案ごとでもよい。
以下、図3にて説明したフローを詳述する。
図9は、減車減便変更案作成の詳細フローの一例である。このフローは、DRを受信したときに行う。
DRが発令される消費電力のピークは、大口消費家である工場などの事業者が稼働する平日であり、空調の稼働が多くなる夏の日の昼間の暑い時刻帯に該当すると予測されている。この時間帯は乗客数は多くないため、減車減便を行いやすいが、夕方の列車まで減車減便してしまうと、夕方の帰宅ラッシュに影響が出てしまう。そこで、適切な時間帯、路線の列車において、消費電力の削減ダイヤを設定する必要がある。
まずは、DR対象時刻による減車候補列車特定(S0201)において、DR対象時刻に運行している列車を抽出する。例えば、13時から15時に対してDRが発令した場合、終着駅到着時刻が13時以降の列車と、始発駅発車時刻が15時以前の列車を抽出する。これらの列車が、13時から15時の間の少なくとも一部の時間にて電力を消費しており、すなわち減車減便を行う列車の候補となる。
次に乗車率による減車候補列車特定(S0202)において、乗車率の低い列車を抽出する。減車減便変更(S0203)において、列車の減車減便を行い、列車ダイヤ206を修正する。減車の場合には、その列車の乗車率を変更する(10両から5両に変更の場合、乗車率は2倍になる)。減便の場合、その列車に乗るはずだった乗客は、後の列車に乗るものとして、予想乗車率を計算する。そして、修正後列車ダイヤと乗車予想率209を作成する。尚、減便時には、連続する2列車を間引いて列車間隔が大きくなる場合は減車を避けるように減便の列車を選択する。
電力計算(S0204)において、減車減便を行った後の全列車の電力の合計値を計算する。減車減便により削減した電力量という形で計算してもよい。電力消費シミュレーション部で列車運行における消費電力をシミュレーションすることができ、その結果を記録しておく。シミュレーションにおいて、車両形式、編成、加速度、巡航速度、減速度、運行線区の路線状態(勾配やカーブ)、乗車率などに応じて、消費電力を計算可能とする。減車減便においては、10両編成の列車が5両編成に減車された場合には、消費電力は半減するが、消費電力は乗車率(重量)の影響を受けるため、乗車率が増加した分だけ消費電力が増加する。また、複数の車両形式が混在している路線の場合には、消費電力の小さい省エネ型の車両を優先して運行に組み込み、車両形式ごとの電力消費特性を考慮して消費電力を算出する。S0204においては、修正後列車ダイヤと乗車予想率209をもとに、対象路線の全列車の電力を合計することによって電力消費予想値210を作成する。
次に目標達成したか判断する(0205)。電力計算(S0204)で算出した電力消費量が電力削減目標を達成している場合、本フローチャートを終了である。本実施例においては、受信したDRの鉄道会社としての目標削減値を、路線ごとに振り分けているものとする。目標に達成していない場合、次(削減可能か判断(S0206))へ進む。さらに削減可能か判断(S0206)は、予想乗車率テーブルを見て判断し、に乗車率が所定値以上に高かったり、乗車率の低い列車が無かったり、車両運用都合で短い列車を準備できなくなった場合に、削減不可となる。更に電力削減が可能である場合は、(S0201)へ戻り、さらに減車減便を進める。削減が不可の場合(限界の場合)は、減車減便におけるダイヤ(車両運用計画)と電力削減量を出力して、本フローチャートを終了する。そして、他に減車減便シミュレーションを行っていない路線がある場合には、そちらの減車減便を行う。電力削減目標未達であっても、他の路線で電力削減できれば、鉄道会社としてDRに対応可能となる。
図10は、減速変更案作成の詳細フローの一例である。減速変更案は、減車減便のように車両運用変更などで前もって準備しておくことが必要なく、DRから電力削減時間帯までの時間が短い場合や、電力削減中に消費電力を調整するのに適している。
減速路線特定(S0301)において、減速路線を抽出する。図6で示している通り、線区別に優先度をあらかじめ決めておき、優先度に応じた減速をおこなう。減速を行う路線、は次のような条件の路線が望ましい。1)駅間が短く加速減速が多い。減速による電力削減の効果が大きいからである。2)枝分かれがない路線で、列車種別が1つ(各駅停車)のみである。ダイヤが単純であり、行き先ごと、列車種別ごとの本数を考えないでよいからである。3)運行本数が多く、乗客の平均乗車距離が短い。減速運転によりダイヤが遅れがちになるが、本数が多いことで乗客は来た列車に乗ればよく、乗車距離が短いために、乗車時間が大きく延びる人が少ないからである。これらに該当する場合には、減速対象路線とするとともに、優先度を低くして積極的に電力削減する。該当していても重要な路線は優先度を高くしておき、できるだけ減速させないことが望ましい。
次に減速数値と削減電力を計算(S0302)において、減速値(抑制割合)を決定し、修正後列車ダイヤと乗車予想率209を作成する。予期性割合は、時刻ごとに変化させることも可能である。減速することで、駅を所定時間に停車する列車の数が減るため、乗車率は増加する。例えば減速により、ある駅の1時間当たりの列車本数が12本から10本になった場合、乗車率は12/10=1.2倍になる。そして、修正後列車ダイヤと乗車予想率209とをもとに該当路線の全列車の電力を電力消費シミュレーション部が計算して合計することによって電力消費予想値210を作成する。
次に目標達成かどうかの判断(0303)において、減速数値と削減電力を計算(S0302)で算出した電力消費量が目標を達成している場合、減速変更案を作成して本フローチャートを終了する。目標に達成していない場合、次(さらに削減可か判断(S0304))へ進む。さらに削減可か判断(S0206)において、更に電力削減が可能である場合は、(S0301)へ戻る。削減が不可の場合(限界の場合)は、これまでに作成した減速策原案にて本フローチャートを終了する。
図11は、減速運行時の詳細フローの一例である。ダイヤの減速変更は、列車運用等に変更が生じないため、運行中においても変更が可能であり、実際の消費電力をモニタリングしながら、抑制割合を変更することが可能である。
実際の列車運行(S0401)において、修正後列車ダイヤと乗車予想率209に従い、列車の減車減便及び減速ダイヤで列車運行を行う。その際、実際の電力消費量及び乗車率を取得し、電力削減計画と比較する。
また、減速変更対象路線のみではなく、鉄道会社全体としての消費電力を考慮してもよい。減速運転を行っている、鉄道会社全体の消費電力が、計画通りに削減しているか監視し、消費電力量の調整を、減速対象路線の抑制割合によって調整してもよい。
ダイヤ変更(S0402)において、その路線または全体の電力消費量と、乗車率とを考慮し列車運行を変更する。消費電力が予想より高く、電力削減量が不足する場合には、さらに減速したダイヤに変更し、さらに電力削減させる。
乗車率が高い場合は、更に減速運転を解除することにより、その路線の輸送力を高めて対応する。消費電力が予想より低く電力量に余裕がある場合には、減速運行を弱めるようにダイヤを変更する。
電力削減量不足しているかつ乗車率が高い場合は、他の路線を減速運転とする。
以上のように、減速運転により電力を削減する。リアルタイムで減速量を変更することで、急なDRや、運行中の電力調整にも対応することができる。なお、本案においては、列車の加速度や速度の指示が頻繁に変わるため、列車の運転席には、速度や加速度や操作指示などを細かく指示できる表示装置を設けて運転士を支援したり、自動運転にしたりするとよい。
以上のフローを行うことによって、乗客の利便性(乗車利用率、乗車時間、乗車待ち時間など)を考慮して、電力削減したダイヤへ変更し、そのダイヤを利用して運行することができる。
図12に、DR発令時の各時間における電力消費図300の一例を示す。この図は、横軸は時間で、縦軸は電力消費量を示している。DR時間帯は、長方形で囲んだ301の時間帯であり、DR時に電力消費要求量は、302としている。
その際、通常時の電力消費量303、省エネレベル1の電力消費量304、省エネレベル2の電力消費量305、省エネレベル3の電力消費量306を示している。
省エネレベル1〜3は、いずれも乗車率からみて実施に許容可能な乗客利便性で運行かのうとされた列車ダイヤである。この表から、通常時の電力消費量303、省エネレベル1の電力消費量304は、電力会社からのDR電力消費要求量302を満たしていないことが分かる。省エネレベル2の電力消費量305と省エネレベル3の電力消費量306は、電力会社からのDR電力消費要求量302を満たしている。
省エネレベル2の電力消費量305で十分であることから、省エネレベル3の電力消費量306は削減しすぎであり、乗客の利便性が低下しすぎていると判断できる。つまり、本発明によって、どの程度のダイヤ変更で電力会社が求めるDR要求量を満たすかを計算することができ、本例においては省エネレベル2で節電すればよいことが分かる。
101 電力管理システム
102 列車運行管理システム
103 電力会社
201 ネットワーク
202 列車運行管理システム送受信部
203 計算部(CPU)
205 DB群
300 DR発令時の時間単位における電力消費図
301 DR時間帯
302 DR要求量
303 通常時の電力消費量
304 省エネレベル1電力消費量
305 省エネレベル2電力消費量
305 省エネレベル3電力使用量

Claims (8)

  1. ダイヤ作成方法において、
    情報処理装置の計算部が、
    対象路線における列車の時刻及び車両数を含むダイヤ情報と、前記列車の運行区間における乗客数を示す乗客数情報を取得し、
    前記ダイヤ情報のダイヤを変更した場合における前記列車の乗車率を算出し、
    前記ダイヤ情報のダイヤを変更した場合における前記電力量を算出し、
    前記乗車率と、前記電力量に基づいて、ダイヤ変更案と、そのときの電力量を作成する ことを特徴とするダイヤ作成方法。
  2. 請求項1において、
    前記乗客数は、予想または実測にかかる乗客数または乗車率を含むことを特徴とするダイヤ作成方法。
  3. 請求項1において、
    前記電力量は、前記ダイヤにおける列車の速度、列車の車両数に基づいて算出することを特徴とすることをダイヤ作成方法。
  4. 請求項1において、
    前記電力量は、時刻ごとに算出することを特徴とすることをダイヤ作成方法。
  5. 請求項4において、
    前記電力量における削減したい時刻を受け付け、
    当該時刻における電力を削減するために、変更候補となる列車運行を抽出することを特徴とする ダイヤ作成方法。
  6. 請求項1において、
    前記乗客数は、乗客数の予想であり、
    前記ダイヤの変更は、減車または減便であり、
    指定された時間帯の電力が削減されるように前記減車または減便される列車を選択するともに、前記乗車率については前記指定された時間帯及び当該時間帯以外を考慮して、前記ダイヤ変更案および電力量を作成することを特徴とするダイヤ作成方法。
  7. 請求項1において、
    前記乗客数は、実測の乗客数または乗車率であり、
    前記ダイヤの変更は、列車時刻または速度の変更であり、
    運行中の列車も含むダイヤを変更することを特徴とするダイヤ作成方法。
  8. 情報処理システムを有するダイヤ作成システムにおいて、
    情報処理装置の計算部が、
    対象路線における列車の時刻及び車両数を含むダイヤ情報と、前記列車の運行区間における乗客数を示す乗客数情報を取得し
    前記ダイヤ情報のダイヤを変更した場合における前記列車の乗車率を算出し、
    前記ダイヤ情報のダイヤを変更した場合における前記電力量を算出し、
    前記乗車率と、前記電力量に基づいて、ダイヤ変更案と、そのときの電力量を作成することを特徴とするダイヤ作成システム。
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