JP4011539B2 - 運転計画作成装置 - Google Patents

Description

本発明は、時刻表に基づいて路線上に車両を運行させる鉄道システムや新交通システムにおいて利用される車両を定時運転できる目標走行パターンを作成するための運転計画作成装置に関する。

鉄道システムや新交通システムなどの運行ダイヤは基本的に、車両がそれぞれの駅と駅との間の駅間を走行するために必要な最短の時間である基準運転時分に、車両を定刻どおりに安定に運行させるために必要な余裕時間を付加して作成される。

この基準運転時分を求めるに当たっては、車両がある駅を出発または通過してから次の駅に到着または通過するまでの車両の運動を、車両の走行位置に対する車両速度、または車両の走行位置に対する出発駅からの経過時間である運転時間として表す運転曲線を作図して求める方法が広く用いられている。

実際の車両の運転に当たっては運転操縦方法のパターンが無数にあるため、この運転曲線も無数に存在しうるが、ある駅間を最短の所要時間で走行するための運転曲線は、車両の加減速性能や走行抵抗といった車両走行性能と、走行路上の勾配、曲線、トンネルなどの地形や設備による制約条件、走行の安全性を担保するための速度制限の条件や、そのほか運転操縦に関わる諸条件によって一意に定まる。このときの運転曲線および駅間における運転時間を、基準運転曲線および基準運転時分とよぶ。

一方、実際の車両の運行に当たっては、各種の外乱や運転方法、運転操作の違いによって運転曲線にバラツキが生じたり、乗客の乗降や事故・故障によって遅延が生じたりする場合がある。前述の余裕時分は、これら運転のバラツキやある程度の遅延を吸収することを目的として付加される時間的余裕である。

なお実際の運行ダイヤは、このほか前後の列車と安全な間隔を確保したり、他の列車との乗り換えなども考慮して作成されるが、基本的には各駅間でのそれぞれの運転時分が、それぞれの基準運転時分以上となるように定められており、形式的に駅間運転時分は基準運転時分プラス余裕時分となる。

このように運行ダイヤに余裕時間が含まれている場合、車両性能条件や路線条件、速度制限条件による制約通りに基準運転曲線に従って車両を走行させると、到着駅には計画運行ダイヤに指定された到着時刻より余裕時間分だけ早い時刻に到着してしまうことになる。しかし通常、このような計画運行ダイヤに指定された到着時刻より所定の時間以上早い時刻に到着する早着や、遅い時刻に到着する遅着となるような運転は、他の列車の運転への影響を避けるため許されていない。そこで、定時運行を行うためには、走行区間の少なくとも一部の区間において車両の走行速度を低減させて運転するような定時運転計画を作成する必要がある。

このように、駅間運転時間に余裕時間を含むような運行ダイヤにおいて、到着駅に運行ダイヤに指定された到着時間に定刻どおりに到着するための運転計画の作成方法として、計画走行時分と基準運転時分との比によって基準運転曲線における走行速度を低下させて計画運転曲線を作成するもの（例えば、特許文献１参照）や、基準運転曲線上の最高速度を低減して計画運転曲線を作成するもの（例えば、特許文献２参照）などがある。
特開平５−１５０１３号公報 特開平８−２１６８８５号公報

しかし、計画運行ダイヤ上の計画走行時分と基準運転時分との比によって基準運転曲線を低減させるものでは、基準運転曲線のデータから比較的容易に定時運転パターンを得ることができるが、車両の加速時や減速時においても一定の比で得られた運転曲線で速度が低減されてしまう。鉄道車両の運転においては離散的な加減速度が与えられて走行が制御されることが多く、また、特別な制約がない限り車両の加減速時には最高加減速性能が用いられる。このため実際の運転では、加減速時に上述のように適当な比率で加速度を調整して速度を低減させるような運転は行われず、現実的でない定時運転パターンが作成されてしまうという問題がある。

また、走行区間の最高速度制限を低減させて定時運転曲線を求めるものでは、計画運行ダイヤ上で計画された走行時分に調整するために、運転曲線の計算を繰り返し行って最適な定時運転曲線を求める必要があるので、処理負荷が高くなってしまう。

本発明の目的は、駅間で車両を定時運転させるための目標走行パターンの作成処理負荷を軽減でき、定時運転できる目標走行パターンを作成する運転計画作成装置を提供することである。

請求項１の発明に係わる運転計画作成装置は、駅間を最短の走行時間で走行する際の車両の基準運転曲線を記憶する基準運転曲線記憶装置と、車両を遅延などから回復させるために運行計画上付加される余裕時間を演算する余裕時間演算手段と、前記余裕時間を前記基準運転曲線に加算して余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線を演算し、出発時刻を起点とする基準運転曲線を余裕時間に応じて列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらし、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる前記時間軸方向に平行にずらす過程での複数個の途中過程基準運転曲線で目標走行パターンを作成する目標走行パターン作成手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係わる運転計画作成装置は、請求項１の発明において、前記目標走行パターン作成手段は、出発時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対する時刻を、列車の出発位置または走行途中の所定位置から、列車の進行に伴って余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対応する時刻に近づけて、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる前記時間軸方向に平行にずらす過程での複数個の途中過程基準運転曲線で目標走行パターンを作成することを特徴とする。

請求項３の発明に係わる運転計画作成装置は、請求項１の発明において、出発時刻を基点とする基準運転曲線をずらす位置または時刻を設定するための基準運転曲線ずらし設定手段を設け、前記目標走行パターン作成手段は、基準運転曲線ずらし設定手段で設定された位置または時刻に基づいて、出発時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対する時刻を、列車の進行に伴って余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対応する時刻に近づけて、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる前記時間軸方向に平行にずらす過程での複数個の途中過程基準運転曲線で目標走行パターンを作成することを特徴とする。

請求項４の発明に係わる運転計画作成装置は、請求項１または請求項２の発明において、前記目標走行パターン作成手段は、出発時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対する時刻を、列車の進行に伴って余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対応する時刻に近づけ目標走行パターンを作成する際に、単位走行距離あたりの時刻ずらし量を、出発時刻を基点とする基準運転曲線に近い範囲では徐々に大きくしていき、余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線に近い範囲では徐々に小さくしていき、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる前記時間軸方向に平行にずらす過程での複数個の途中過程基準運転曲線で目標走行パターンを作成することを特徴とする。

請求項５の発明に係わる運転計画作成装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項の発明において、前記目標走行パターン作成手段は、列車の走行中に逐次演算により目標走行パターンを作成するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、出発時刻を起点とする基準運転曲線を余裕時間に応じて列車の進行方向に向かって時間軸方向に平行にずらし、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる目標走行パターンを作成するので、基準運転曲線を時間軸方向にずらすだけ目標走行パターンを容易に作成できる。従って、定時運転のための運転計画を作成するために処理負荷の高い演算を行う必要がなくなり、安価な運転計画作成装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる運転計画装置のブロック構成図である。運転計画作成装置の基準運転曲線記憶装置１１には、駅間を最短の走行時間で走行する際の車両の基準運転曲線が予め記憶されている。すなわち、基準運転曲線記憶装置１１には、車両性能、路線形状、速度制限の制約条件下で駅間を最短時間で走行できる基準運転曲線が少なくとも列車位置と時間との関係として表される位置−時間曲線データとして記憶されており、その基準運転曲線は余裕時間演算手段１２および目標走行パターン作成手段１３に入力される。

余裕時間演算手段１２は、車両を定時運転するための定時運転パターンを作成するために、基準運転曲線で定まる基準運転時分に付加された余裕時間を算出するものである。この余裕時間演算手段１２は、基準運転曲線、計画ダイヤ情報１４および時刻情報１５に基づいて計画ダイヤに対して存在する余裕時間の算出を行う。計画ダイヤ情報１４としては、出発駅および到着駅の情報、それぞれの駅の前駅からの計画到着時刻と次駅への計画出発時刻、着発番線、計画ダイヤ上に設定された余裕時間に関する情報などが記憶されている。

目標走行パターン作成手段１３は、基準運転曲線記憶手段１１に記憶された基準運転曲線を入力するとともに、余裕時間演算手段１２で算出された余裕時間を入力して目標走行パターンを作成するものである。すなわち、余裕時間を基準運転曲線に加算して余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線を演算し、出発時刻を起点とする基準運転曲線を余裕時間に応じて列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらし、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる目標走行パターンを作成する。

基準運転曲線のずらし方は、予め定められた手順により行われる場合と、基準運転曲線ずらし設定手段１６で設定された情報に基づき行われる場合とがある。基準運転曲線ずらし設定手段１６での設定がない場合には、予め目標走行パターン作成手段１３に記憶された手順において基準運転曲線のずらしが行われる。一方、基準運転曲線ずらし設定手段１６に、出発時刻を基点とする基準運転曲線をずらす位置または時刻が設定されている場合には、その設定された情報に基づき基準運転曲線のずらしが行われる。これらの詳細については後述する。

目標走行パターン追随制御手段２０は、目標走行パターン作成手段１３で作成された目標走行パターン、位置検知装置１９で検出された車両の走行位置、速度検知装置２１で検出された車両の走行速度、路線条件情報１７の路線勾配や曲率等の路線データ、車両性能情報２２の車両性能データ等に基づいて、車両を駆動する駆動装置２３に駆動指令を出力して車両を目標走行パターンに沿って運行させる。

速度検知装置２１では、車両に搭載された図示省略の速度発電機からの出力に基づいて列車の走行速度を算出する。また、位置検知装置１９では、車両に搭載された図示省略の速度発電機からの出力を処理して走行路線上における列車の走行位置を算出すると共に、車両に搭載された図示省略の定点位置情報受信装置により、走行路上に設けられた定点位置情報送信装置からの信号を受信して、算出した走行位置の情報を補正して走行位置の情報を作成する。なお、位置検知装置１９としては、速度発電機の信号を処理して位置検知を行うことに代えて、GPS（Global Positioning System）装置を利用して車両の走行位置を検知するようにしても良い。

ここで、図１に示す実施の形態における運転計画作成装置の主要部分は、例えば、マイコン上のソフトウェアとして構成され、時刻情報１５は運転計画作成装置の基準クロックを発生する計時手段からの現在時刻情報を用いる。また、計画ダイヤ情報１４はメモリカードに記憶され、そのメモリカードから読み出し装置を用いて読み出して管理される。基準運転曲線記憶装置１１は、基準運転曲線が記憶されたメモリカードと、このメモリカードに記憶された基準運転曲線を読み出して、運転計画作成装置の主メモリ上に転送することができるメモリカード読み出し装置とで構成されている。基準運転曲線は予め作成してメモリカードに記憶させるようにしても良いし、基準運転曲線作成手段を設け、車両の加減速度や走行抵抗の算出に関わる走行性能を記憶した車両性能情報２２、路線の勾配や曲率や制限速度の情報を記憶した路線条件情報１７、計画ダイヤ情報１４から基準運転曲線を求め、この基準運転曲線作成手段によって算出された基準運転曲線をメモリカードに記憶させるようにしても良い。

図２は目標走行パターン作成手段１３での目標走行パターン作成の説明図である。横軸は車両の走行位置、縦軸は駅間の走行時間である。出発時刻を起点とする基準運転曲線Ｓ１に対し余裕時間Ｔ０を加算し、余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線Ｓ２を求める。以下、出発時刻を起点とする基準運転曲線Ｓ１を単に出発時基準運転曲線Ｓ１、余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線Ｓ２を単に余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２と呼ぶことにする。

出発時基準運転曲線Ｓ１および余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２は、余裕時間Ｔ０分だけずれた同一形状の曲線である。出発時基準運転曲線Ｓ１で走行した場合には、基準運転時間ＴｋでＢ駅に到着してしまうので、出発時基準運転曲線Ｓ１を余裕時間Ｔ０に応じて列車の進行に伴って漸次時間軸方向に平行にずらしていき、停止時には余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２となるように目標走行パターンを作成する。図２での曲線Ｓ１１、Ｓ１２は、出発時基準運転曲線Ｓ１を余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２に近づけている過程での基準運転曲線であり、この途中過程基準運転曲線は、図２では２個の曲線Ｓ１１、Ｓ１２を示しているが、実際には複数個のものが用意される。そして、目標運転時間Ｔｍに車両がＢ駅に到着するように、つまり、停止時には余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２に一致するように、出発時基準運転曲線Ｓ１を列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらしていく。

図３は図２の手法で得られた目標走行パターンＳ０の説明図である。図３では出発駅であるＡ駅の列車の出発位置から出発時基準運転曲線Ｓ１を列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらしていき、Ｂ駅到着時の停止時には余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２に一致するようにした場合に得られる目標走行パターンＳ０を示している。図４は走行途中の所定位置Ｃから出発時基準運転曲線Ｓ１を列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらしていき、停止時には余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２に一致するようにした場合に得られる目標走行パターンＳ０を示している。

また、図５は走行途中の所定位置Ｃ１から出発時基準運転曲線Ｓ１を列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらしていき、走行途中の所定位置Ｃ２で余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２に一致するようにした目標走行パターンＳ０、図６はＡ駅の列車の出発位置から出発時基準運転曲線Ｓ１を列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらしていき、走行途中の所定位置Ｃで余裕時間経過後基準運転曲線Ｓに一致するようにした目標走行パターンＳ０をそれぞれ示している。

ここで、走行途中の所定位置Ｃ、Ｃ１、Ｃ２は、トリガとなるポイント（定点位置）として走行区間内で予め定められており、定点位置の情報に基づいて出発時基準運転曲線Ｓ１のずらしの開始または終了とし目標走行パターンＳ０を作成することになる。また、目標走行パターン作成手段１３で目標走行パターンＳ０を作成するにあたり、単位走行距離あたりの時刻ずらし量を、出発時基準運転曲線Ｓ１に近い範囲では徐々に大きくしていき、余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２に近い範囲では徐々に小さくしていくようにしてもよい。この場合には、出発時基準運転曲線Ｓ１のずらしの開始時または終了時における列車速度の急変を防止できる。

また、基準運転曲線ずらし設定手段１６には、出発時基準運転曲線Ｓ１のずらしの開始または終了を列車の位置またはＡ駅を出発してからの走行時刻で設定する。なお、基準運転曲線ずらし設定手段１６のずらしの開始および終了は、列車の位置や駅出発からの走行時間のほか、余裕時間演算手段１２で算出した走行中の余裕時間の大きさや、これらの組み合わせに基づいて設定するようにしても良い。目標走行パターン作成手段１３は、基準運転曲線ずらし設定手段１６で設定された位置または時刻または時々刻々の余裕時間の大きさに基づいて、出発時基準運転曲線Ｓ１上の各位置に対する時刻を、列車の進行に伴って余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ２上の各位置に対応する時刻に近づけて、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる目標走行パターンＳ０を作成することになる。

この基準運転曲線ずらし設定手段１６により、出発時基準運転曲線Ｓ１をずらす開始点を任意に変更できるので、余裕時間Ｔ０の消費配分を調整することでき、例えば、開始点を走行路線上の後半部分に設定することで前半は最速パターンで運転し、後半は速度を落として調整するような目標走行パターンＳ０を作成できる。

このように、出発時基準運転曲線Ｓ１を余裕時間に応じて列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらし、停止時には余裕時間経過後基準運転曲線Ｓ１となる目標走行パターンＳ０を作成するので、目標走行パターンＳ０の演算は、出発時基準運転曲線Ｓ１を余裕時間に応じて列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらすだけでよいので、定時運転のための目標走行パターンＳ０を容易に求めることができる。

以上の目標走行パターンＳ０の演算は駅間に列車が進行する前に一括して行われ、列車はその駅間に入ったときは、演算された目標走行パターンＳ０に従って走行するようにしてもよいし、列車の走行中に逐次演算により目標走行パターンＳ０を作成するようにしてもよい。これにより、駅間に列車が進行する前に一括して行う必要がなくなり演算負荷を軽減できると共に、実際に利用可能な余裕時間に基づいて状況に応じた目標走行パターンＳ０を作成することも可能となる。

本発明の実施の形態に係わる運転計画装置のブロック構成図。 本発明の実施の形態における目標走行パターン作成手段での目標走行パターン作成の説明図。 図２の手法で得られた目標走行パターンの一例の説明図。 図２の手法で得られた目標走行パターンの他の一例の説明図。 図２の手法で得られた目標走行パターンの別の他の一例の説明図。 図２の手法で得られた目標走行パターンのさらに別の他の一例の説明図。

符号の説明

１１…基準運転曲線記憶装置、１２…余裕時間演算手段、１３…目標走行パターン作成手段、１４…計画ダイヤ情報、１５…時刻情報、１６…基準運転曲線ずらし設定手段、１７…路線条件情報、１９…位置検知装置、２０…目標走行パターン追随制御手段、２１…速度検知装置、２２…車両性能情報、２３…駆動装置

Claims (5)

1. 駅間を最短の走行時間で走行する際の車両の基準運転曲線を記憶する基準運転曲線記憶装置と、車両を遅延などから回復させるために運行計画上付加される余裕時間を演算する余裕時間演算手段と、前記余裕時間を前記基準運転曲線に加算して余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線を演算し、出発時刻を起点とする基準運転曲線を余裕時間に応じて列車の進行に伴って時間軸方向に平行にずらし、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる前記時間軸方向に平行にずらす過程での複数個の途中過程基準運転曲線で目標走行パターンを作成する目標走行パターン作成手段とを備えたことを特徴とする運転計画作成装置。
2. 前記目標走行パターン作成手段は、出発時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対する時刻を、列車の出発位置または走行途中の所定位置から、列車の進行に伴って余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対応する時刻に近づけて、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる前記時間軸方向に平行にずらす過程での複数個の途中過程基準運転曲線で目標走行パターンを作成することを特徴とする請求項１記載の運転計画作成装置。
3. 出発時刻を基点とする基準運転曲線をずらす位置または時刻を設定するための基準運転曲線ずらし設定手段を設け、前記目標走行パターン作成手段は、基準運転曲線ずらし設定手段で設定された位置または時刻に基づいて、出発時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対する時刻を、列車の進行に伴って余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対応する時刻に近づけて、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる前記時間軸方向に平行にずらす過程での複数個の途中過程基準運転曲線で目標走行パターンを作成することを特徴とする請求項１記載の運転計画作成装置。
4. 前記目標走行パターン作成手段は、出発時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対する時刻を、列車の進行に伴って余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線上の各位置に対応する時刻に近づけ目標走行パターンを作成する際に、単位走行距離あたりの時刻ずらし量を、出発時刻を基点とする基準運転曲線に近い範囲では徐々に大きくしていき、余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線に近い範囲では徐々に小さくしていき、停止時には余裕時間経過後の時刻を基点とする基準運転曲線となる前記時間軸方向に平行にずらす過程での複数個の途中過程基準運転曲線で目標走行パターンを作成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の運転計画作成装置。
5. 前記目標走行パターン作成手段は、列車の走行中に逐次演算により目標走行パターンを作成するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の運転計画作成装置。

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