JP4241584B2 - 車両基地構内入換シーケンス作成装置、方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道の車両基地における車両の入換計画の作成を計算機で支援する装置及び方法に関するものであり、特に車両基地のレイアウト構造及び編成数に依存せず、構内入換計画を効率良く作成する計画作成装置に関するものである。

従来の技術として、特許文献１には、車両基地構造情報および営業本線ダイヤ情報を保持し、各編成ごとに、作業を行う作業番線および作業開始・終了時刻からなる作業計画を営業本線ダイヤにより定められた入区・出区時刻および予め定められた作業ルールを満足させながら決定する作業計画決定手段と、当該編成の入区番線、出区番線、上記入区番線から上記作業番線への第１の転線の開始・終了時刻、および上記作業番線から上記出区番線への第２の転線の開始・終了時刻からなる入換スジを上記入区・出区時刻および予め定められた入換ルールを満足させながら決定する入換スジ決定手段とを備えることが記載されている。

車両の編成の構内入換計画を作成する従来の技術として、例えば非特許文献１に、車両編成が車両基地に入区してから出区するまでを計画単位として、構内における車両編成の入換パターンを事前に登録しておき、作成処理において当該車両に適合するパターンを検索することが記載されている。

本発明が対象とする構内入換計画に限らず、産業・流通・公共・交通等の多くの分野においては、計画対象の作業内容や利用可能なリソース、各種の作成条件等があらかじめ明確にならないことが多いため、計画作成の担当者が調整や試行錯誤を繰り返しつつ計画実施日当日までに段階的に計画作成を進めることが一般的である。また、計画の実施日当日においても、作業の遅れや予定の変更、前提としていた情報や条件の実態との食い違いといった要因から、一旦作成した計画を実際の状況に合わせて臨機応変に変更することが多い。

このような計画担当者による計画の再作成を支援する従来の技術として、特許文献２には、計画の実施日当日において作業の進捗状況に合わせて計画を修正するために用いられるものであり、原料の搬送作業に伴う複数の制約条件を予め記憶しておき、計算機が計画再作成処理の途中で制約違反となる作業計画をみつけた際にCRTにその旨を表示し、計画担当者はこれを見て、違反に関与する制約条件の緩和を指示し、計算機に搬送計画の再立案を指示することが記載されている。これにより従来では制約条件を満足する搬送計画が得られない場合には、それまで得られていた途中結果を破棄し、作業計画の内容を制約に合致するように変更していたが、計画担当者の判断で制約を緩和することで制約違反なしの状態から処理を継続できるため再計画の時間を短縮する効果が得られるとしている。

特開2000-190849号公報 特開平8-55154号公報 日比 他：「構内作業ダイヤ作成業務のシステム化」鉄道におけるサイバネティクス利用国内シンポジウム論文集、pp.167-170（1996）

特許文献１は、車両基地内ダイヤ、即ち車両基地構内作業入換計画を、(ｉ)作業計画決定手段と、(ii)作業の前後の入換スジ決定手段、の2段階に分けて作成することを最大の特徴としている。このような計画作成の手法では、各編成毎に作成される入区から出区までの入換の手順は、「入区→留置→作業→留置→出区」に限定されることになる。これは特許文献１の図７にあるような単純な構造を持つ車両基地においては有用な入換手順であるが、より複雑な構造の車両基地に対しては常に適用できるとは限らない。例えば、作業番線に空きがあれば留置番線へ留置させず、入区後直ちに作業番線へ直取することが作業効率の面からみて望ましい。また、車両基地内に多くの編成が同時に存在し、構内が混雑する場合には、作業番線の空きを待つ間に複数の留置番線をまたがって待機を行ったり、迂回経路をとって目的の番線に移動する等、作業番線に至るまでに留置番線を1度のみならず複数回経由することも十分考えられる。しかし、特許文献１では、作業の前の留置を1回に限定しているため、このような複雑な入換に対応する事が困難である。

特許文献１は、(ｉ)作業計画決定と(ii)入換スジ決定の2つの処理のどちらにおいても、編成に特定の順序を付け、その順序に従って編成を選択して作業計画や入換スジを決定する逐次的な方式において、処理の途中で決定不能に陥った場合には、その直前に決定した他の編成の決定内容を一旦削除し、当該編成の処理を先におこなうようにする、いわゆるバックトラックを特徴としている。例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの5つの編成に対してその順番に作業計画を作成する場合、もしＤの作業が割り付けられない場合には既に作成したＣの作業計画を一旦削除し、ＣとＤとの順序を入れ替え、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｃ、Ｅの順で行い、それでもＤの作業が割り付けられない場合には同様にＢの計画を一旦削除して、Ａ、Ｄ、Ｂ、Ｃ、Ｅの順でおこなう。これにより既に作成した部分を活かしながら計画作成を効率良く進めることができる。しかし、編成の組合せによってはバックトラックによる試行錯誤の回数が膨大なものとなり、実用的な時間では計画作成が終了しないという問題点がある。例えば上記の5つの編成では、最悪の場合、5編成の全ての並べ方の組合せである5!=120通りの試行錯誤を実行することになり、それと同数のバックトラックが必要となる。これは編成数が増加するに従い指数関数的に増加し、この例の2倍の10編成の場合ですら、10!=3628800回、即ち400万回近くのバックトラックが必要となる。

特許文献１は、車両基地内ダイヤ、即ち車両基地構内作業入換計画を、(ｉ)作業計画決定手段と、(ii)作業の前後の入換スジ決定手段、の2段階に分けて作成することを最大の特徴（メインクレーム）としている。ところが、1つの編成に対して複数の作業が必要であり、それらの作業を別々の作業で実施しなければならない場合、それらの作業の間をつなぐための入換スジを決定する必要があるが、特許文献１においては、作業途中の入換スジを決定する処理が含まれていないため、1編成に対して複数の作業を計画することが困難である。

また、従来技術（非特許文献１）を用いて計算機で計画を自動的に作成することができたとしても、前述の通り計画担当者による調整や試行錯誤が避けられないため、結局のところ後から計画を修正することが必要となる。計画担当者が計画の修正をおこなう場合、修正内容によっては担当者が着目している修正箇所とは別の部分に意図しない条件違反が発生することがある。図３７は計画担当者による構内入換計画の修正例を示す図である。この例では、計画担当者が編成０３の２番目の在線表示部分３７１０の開始時刻を、何らかの理由に基づいて現在よりも早めるような修正を意図しているものとする。計画担当者がこの意図に基いて開始時刻を時間が早まる方向へずらすと、在線表示部分３７１０につながる進路移動部分３７２０の終了時刻も必然的に変更される。その結果として進路移動の開始時刻と終了時刻の大小が逆転してしまうので車両編成の移動に関する物理的な条件に矛盾を生じる。それに加えて、編成０１の進路移動部分３７３０との間に進路の競合も発生する。これらの条件違反を解消するために、編成０３の１番目の在線表示部分３７４０の終了時刻を時間が早まる方向へずらすことで進路移動の開始を適正な時刻に修正しようとすれば、今度は進路移動部分３７２０が編成０１の進路移動部分３７５０との間に進路の競合を生じてしまう。このように、計画担当者による小規模な修正が条件違反の連鎖を引き起こすことがあるため、違反ができるだけ生じないように修正作業をおこなう、または発生した違反を1つずつ手作業で修正することは担当者にとって非常に大きな負荷となる。構内入換計画は、各編成毎の入区から出区までの移動と在線の繰り返しに物理的な連続性が求められるため、ある箇所を修正すると同一編成の他の部分も修正する必要が生じやすい。したがって、他分野の計画と比較して局所的な修正が計画全体に影響しやすく、計画作成者が当初意図した部分的な修正の影響が計画全体の広範囲にわたって波及し、矛盾を解消するために計画の大部分を手直ししなければならいという状況に陥りやすい。

このような状況において、従来技術（特許文献２）を用いて計画担当者が違反の発生した条件（制約）に対する緩和を指示することにより条件違反のない計画を作成するようにしても、前記した構内入換計画の特徴より、条件違反が計画担当者の意図しない部分にまで広範囲に生じている場合が多いため、それら１つ１つに対して緩和の可否と緩和内容を判断・指示していくことは計画担当者にとって大きな負担となる。その上、構内入換計画において局所的な修正によって違反となる条件は、番線間の移動時間やポイントの切替時間、進路や番線の競合等、緩和がそもそも不可能である物理的なものが多いことから、従来技術では計画の修正や再作成を効率良くおこなうことが困難である。

本発明の目的は、車両基地のレイアウト構造及び編成数に依存せず、構内入換計画を効率良く作成する装置、方法及びプログラムを提供することである。

本発明の他の目的は、構内入換計画を作成する場合の担当者の負担を軽減する装置、方法及びプログラムを提供することにある。

本発明は、車両基地のレイアウト構造を表すネットワーク形式のデータ（車両基地レイアウトネットワーク）を作成する手段と、所定の作業内容（検査、修理、清掃等）と作業間の番線経由手順から入換パターンをグループ化したメタデータ（入換シーケンス）を、車両基地レイアウトネットワークに基づいて各編成毎に初期化する手段と、入換シーケンスから入換パターンを選択し実行時刻を決定する処理を計画対象の全編成に対して一括しておこない、番線・進路の競合を最小化した構内入換計画を作成する手段と、番線・進路の競合のない計画が得られるように車両基地レイアウトネットワークを用いて入換シーケンスを変更する手段とを備え、これらの手段を用いて、（１）計画作成対象の全編成の入換シーケンスを初期化し、（２）番線・進路の競合を最小化した構内入換計画を作成し、（３）得られた計画が番線・進路の競合を含んでいれば入換シーケンスを変更し、（４）競合のない計画が得られるか終了条件に到達するまで、上記（２）及び（３）を繰返し実行すること（計画作成方式１）を最大の特徴とする。

また本発明は、（１）計画未作成の編成群から1つ選択して計画作成対象の編成群に追加し、（２）計画作成済の編成群の計画を固定して、上記（計画作成方式１）により計画作成対象の編成群の構内入換計画を作成し、（ア）番線・進路の競合を含まない解が得られた場合には、計画作成対象の編成群の全ての編成を計画作成済の編成群に移し、全ての編成の計画を作成するまで再び上記（１）から実施し、（イ）得られた計画が番線・進路の競合を含む場合には、（ウ）計画作成対象の編成数が制限値を下回っていれば、（３）計画作成済の編成群から1つ選択して当該編成の計画をキャンセルし、当該編成を計画作成対象の編成群に追加して再び上記（２）から実施し、（エ）計画作成対象の編成数が制限値と等しければ、（４）終了条件に到達しない場合に限り計画作成対象の編成群を解除して再び上記（１）から実施すること（計画作成方式２）を特徴とする。

また本発明は、上記入換シーケンスを車両基地レイアウトネットワークに基づいて各編成毎に初期化する手段において、編成の予定作業を全て実施することができ、なおかつ作業間の番線経由回数が車両基地のレイアウト構造の下で最小の入換シーケンスを作成することを特徴とする。

また本発明は、上記入換シーケンスから入換パターンを選択し実行時刻を決定する処理を計画対象の全編成に対して一括しておこない、番線・進路の競合を最小化した構内入換計画を作成する手段において、入換シーケンスに番線間の進路移動の要素を追加した拡張入換シーケンスを作成し、番線及び進路を資源とし、計画対象の全編成の拡張入換シーケンスに含まれる番線在線及び進路移動に対して、それらに割当てる資源とそれらの実行時刻を決定変数とし、構内入換の物理条件と運用条件を制約条件とし、時間的競合を考慮せず制限なく使用することが可能な特別な資源をバッファ資源とし、バッファ資源の使用を最小限にすることを目的関数とした数理モデルを構築することを特徴とする。

また本発明は、上記数理モデルの最適解を、制約論理プログラミングを適用して算出することを特徴とする。

また本発明は、上記番線・進路の競合のない計画が得られるように車両基地レイアウトネットワークを用いて入換シーケンスを変更する手段において、資源競合が発生する編成から1つないし複数の編成を選択し、当該編成の入換シーケンスにおいて資源競合に関連する番線経由の部分系列を車両基地のレイアウト構造の下で変更することを特徴とする。

本発明は、変更対象の構内入換計画データを構内ダイヤ図形式で表示装置に出力する手段と、表示装置に出力された構内ダイヤ図に対する計画担当者の入力装置を用いた修正操作の結果を受取り構内入換計画データを修正する手段と、構内入換計画に含まれる条件違反を検出する手段と、表示装置に出力された構内ダイヤ図に対する計画担当者の入力装置を用いた設定操作の結果を受け取り、計画担当者が修正を意図する箇所と修正内容とを表すデータ（ユーザ意図データ）を生成し記憶装置に格納する、もしくは記憶装置上のユーザ意図データを更新する手段と、ユーザ意図データに含まれる修正内容を反映し条件違反を解消した構内入換計画データを作成する計画再作成手段とを備え、これらの手段を用いて（１）構内入換計画を読込み構内ダイヤ図形式で表示し、（２）計画担当者の入力装置を用いた修正操作の結果に基づき構内入換計画データを修正し、（３）構内入換計画データにおける条件違反を検出して担当者に伝達し、計画担当者による確認の結果、手作業による修正を継続する場合には再び（２）から実行し、自動再作成をおこなう場合には（３）計画担当者の入力装置を用いた設定操作の結果に基づきユーザ意図データを生成もしくは更新し、（４）ユーザ意図データが示す修正内容の反映と条件違反の解消の双方を満足する構内入換データを作成することを最大の特徴とする。

また本発明は、上記構内入換計画データを修正する手段において、計画担当者による修正操作は、構内ダイヤ図上の車両編成の在線表示部分を指定し、その在線表示部分の使用番線、開始時刻、終了時刻、時間帯のいずれかを変更することを特徴とする。

また本発明は、上記ユーザ意図データを生成もしくは更新する手段において、計画担当者による設定操作は、構内ダイヤ図上の車両編成の在線表示部分を指定し、その在線表示部分の属性値の固定、属性値の候補指定、他の在線表示部分の属性値との関係指定、のいずれかであることを特徴とする。

また本発明は、上記ユーザ意図データを生成もしくは更新する手段において、計画担当者からの時刻範囲の指定を受取り、その時刻範囲に実行時間帯全体が含まれる在線表示部分に対しては全ての属性値を固定するユーザ意図データを生成し、その時刻範囲に実行時間帯の一部が含まれる在線表示部分に対しては一部の属性値を固定するユーザ意図データを生成することを特徴とする。

また本発明は、上記計画再作成手段において、ユーザ意図データを入力として数式もしくは論理式表現による制約式データを生成することを特徴とする。

また本発明は、上記計画再作成手段において、初期状態では条件違反を生じた車両編成のみを再計画対象とし、条件違反を解消することができない場合に限りその他の編成の計画を段階的に解除していくことを特徴とする。

本発明によれば、作業内容と作業間の番線経由手順から入換パターンをグループ化したメタデータである入換シーケンスを、車両基地のレイアウト構造と計画作成対象の編成に応じて適切に作成し、当該入換シーケンスから入換パターンを選択して実行時刻を決定することにより構内入換計画を作成するので、必要な入換パターンの全てを車両基地毎に事前に登録しておくことが不要であるという利点がある。

また本発明によれば、入換シーケンスから入換パターンを選択して実行時刻を決定する処理において、当該処理を計画対象の全ての編成に対して一括しておこなう数理モデルを構築し、最適化演算により当該数理モデルの解を算出するので、入換パターンと実施時刻の膨大な組合せの中から計画全体の整合性を考慮して最適な選択をおこなうことができ、計画作成不能に陥る可能性とそれに伴う人手による負担を最小限に抑えて全編成の計画を得ることができる。

また本発明によれば、計画作成済の編成群の計画を固定して残りの編成群の計画を作成し、その結果計画作成不能であれば計画作成済の編成群の計画の一部を解除して再作成をおこなうので、既に得られた部分計画を有効に用いて効率良く計画作成をおこなうことができる。また、これにより既に得られた部分計画をできるだけ崩さずに計画を作成することができるので、一部の編成の入区時刻が変わる等して一旦作成した計画を部分的に修正したり、計画作成者と対話しながら編成を段階的に追加して計画作成をするといった用途に用いることができる。

また本発明によれば、手動による計画案変更作業の際に、グラフィック表示された構内ダイヤ図の上で計画担当者が修正したい内容（意図）をマウス等の入力装置を用いて修正したい部分に対して直接的に設定し、その意図を満たしながら条件違反を解消するように再計画を自動的におこなうことができる。着目する部分とその内容をユーザ意図データを介して計算機に伝達すれば、いわば「あとは計算機に任せてしまう」ということができるので、計画案の変更作業で多発する予期しない条件違反を計画担当者が考慮する必要がなくなる。したがって計画担当者に余計な負担をかけることなく計画案の変更作業を効率良く実施することが可能となる。

また本発明によれば、計画の自動再作成処理において、初期状態では条件違反を生じた編成のみを再計画対象とし、条件違反を解消することができない場合に限りその他の編成の計画を段階的に解除していくことにより、再計画前と比較して変更量が少ない計画を効率良く得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、実施例１及び２を説明する。

以下では本発明の実施例１について、図面１から２１、数１〜１１を用いて説明する。本発明の実施例１は、全ての編成に対する構内入換計画を、白紙の状態から一括して作成するものである。編成とは、まとまって移動する（互いに連結された）複数の車両をいう。但し、編成は、１つの車両であってもよい。

図１は車両基地構内入換計画作成装置の構成を示す図である。車両基地構内入換計画作成装置は計算機システムであり、処理装置０１１０と、処理装置０１１０に接続される記憶装置０１２０、入力装置０１３０、表示装置０１４０及び出力装置０１５０から構成される。また処理装置０１１０はネットワーク０１６０と接続される。記憶装置０１２０は、構内入換計画の作成対象となる編成情報を格納する編成データ０１２１、車両基地構内の番線情報を格納する番線定義データ０１２２、同じく車両基地構内の進路情報を格納する進路定義データ０１２３、進路同士の競合関係を定義する進路競合定義データ０１２４、編成に対して実施する作業情報を定義する作業定義データ０１２５、構内入換計画の各種作成条件を格納する作成条件データ０１２６、構内入換計画の一部ないし全体を格納する入換計画データ０１２７を記憶する。

入力装置０１３０は、計画作成者による車両基地構内入換計画作成装置の操作に用いる装置である。表示装置０１４０は計画作成結果の提示に用いるための装置である。出力装置０１５０は計画作成結果を帳票形式で印刷するための装置である。処理装置０１１０のメモリには、車両基地のレイアウト情報をネットワーク形式のデータとして構成するための車両基地レイアウトネットワーク作成手段０１１０、各編成に対する有望な入換パターン候補の集まりを集約した入換シーケンスを初期化する入換シーケンス初期化手段０１１２、入換シーケンスに基づいてパターンの選択と入換時刻の決定を行い、実行可能な構内入換計画を作成する入換パターン選択及び時刻決定手段０１１３、得られた計画に対してその不具合を修正するように入換シーケンスを変更する入換シーケンス変更手段０１１４、がプログラムとして格納され、処理装置０１１０によって実行される。ワークエリア０１１５はプログラム実行の作業領域として使用されるメモリ上の領域である。上記プログラムは、記憶装置０１２０に格納し、この記憶装置の起動装置を介して処理装置０１１０に読込むか、または他の計算機の記憶装置ないしは独立した記憶装置に格納し、ネットワーク０１６０を介して処理装置０１１０に伝送した上で実行することが可能である。

図２は、本実施例における車両基地構内入換計画作成装置の処理概要を示す全体処理フロー図である。以下ではこのフローの各ステップについて詳細に説明していく。なお、説明を具体的なものとするために、以下では図３に示す車両基地を作成対象と仮定して説明をおこなうが、本発明は特定の車両基地を前提としたものではなく、異なるレイアウトを持つ複数の車両基地に対して適用可能なものである。また、図３に示す車両基地は仮想のものであるが、番線間の移動の組合せが多岐にわたり、その組合せによっては転線や入出区を並行しておこなうことも可能であることから、現実の車両基地が備えるレイアウトの複雑さを要素として含んだものとなっている。

図２に戻り説明を続ける。まずステップ０２１０において、図１の車両基地レイアウトネットワーク作成手段０１１１を用いて車両基地構内のレイアウトをネットワーク形式のデータとして構成し、処理装置内部のワークエリアに格納する。この処理における入力データは、図１の番線定義データ０１２２と進路定義データ０１２３の２つである。

図４は番線定義データ０１１２の例を示す図である。番線定義データは、車両基地構内に存在する番線の１つに対する定義内容を１行としたテーブル形式のデータである。各行は、番線名、その用途、経由可能かどうかを示すフラグから構成される。図４の番線定義データは、図３の車両基地における全ての番線の定義を含んでいる。「経由可能」の意味についてはステップ０２２０（入換シーケンス初期化）の部分で説明する。

図５は進路定義データ０１２３の例を示す図である。進路定義データは、車両基地構内の番線と進路を縦軸、横軸としたマトリックス形式のデータである。マトリックスの１行が進路１個に対する定義内容であり、同じ行の各列には０，１，２の３種類の値のうちのどれかを格納する。なお、図面のわかり易さの都合上、図５では０は表記せずにブランクとしている。これらの値は、行と列で指定した進路と番線の組合せに対する構内レイアウト上の接続関係を意味する。例えばx行y列の値が０ならば、進路xと番線yは接続関係なし、１ならば番線yは進路ｘの発点（すなわち開始位置）、２ならば番線yは進路xの着点（終了位置）であることを表す。図５の進路定義データの例は、図３の車両基地における全ての進路の定義を含んでいる。なお、車両基地の配線構造の上では進路が存在する場合であっても、信号設備の関係で実際には進路設定不可能なものはこの定義には含まない。また、相互に移動可能な番線の組合せに対してはそれぞれの移動方向について１本ずつ、計２本の進路が定義されるが、片方向のみ移動可能な場合は定義される進路は１本だけである。

図２に戻り説明を続ける。車両基地構内レイアウトネットワークは、番線定義と進路定義の各データを入力として構成したネットワークＧ（Ｎ，Ｅ）である。ここで、Ｎはネットワークのノードの集合であり、各ノードは番線定義データに含まれる番線に対応する。Ｅはノードを結ぶ有向エッジの集合であり、各エッジは進路定義データに含まれる進路に対応し、発点に対応する番線と着点に対応する番線とを発点から着点の方向に接続したものである。図６は車両基地レイアウトネットワークの例であり、図４の番線定義データ、図５の進路定義データに基づいて作成したものである。これは図３の車両基地のレイアウト構造に対応している。このレイアウトネットワークを用いることにより、特定の番線と接続可能な番線、進路をもれなくリストアップすることが可能であり、以降で説明する入換シーケンスの初期化と変更の各処理において利用される。

図２に戻り説明を続ける。車両基地構内レイアウトネットワークの作成後はステップ０２２０に進み入換シーケンスの初期化をおこなう。この処理において使用するデータは、先のステップ０２１０で作成した車両基地構内レイアウトネットワークと、図１の編成データ０１２０、及び作業定義データ０１２５である。以下では入換シーケンス初期化ステップ０２２０の処理内容を説明する前に、入力データである編成データと作業定義データの説明をおこなう。図７は編成データの例を示す図である。編成データは、構内入換の対象となる編成についての情報を格納するテーブル形式のデータである。各行が編成1個に対応しており、編成を識別するための「編成番号」、車両基地への「入区時刻」、車両基地からの「出区時刻」、そして入区から出区迄の間に実施する「作業内容」から構成される。「作業内容」に設定する情報は図１の作業定義データ０１２５で規定される。図８は、作業定義データの例を示す図である。作業定義データは、各行が作業１個の情報に対応するテーブル形式のデータであり、作業を識別する「作業名」、その実施に必要な最短時間を意味する「所要時間」、そして該当作業を実施可能な番線を格納する「実施可能番線」から構成される。図８は、図３の車両基地における作業の定義を示しており、２種類の作業が定義される。作業の１つである作業Ａは所要時間が６０分で、実施可能な番線は「作業Ａ１番線」と「作業Ａ２番線」、もう一方の作業Ｂは所要時間が９０分、実施可能な番線は「作業Ｂ１番線」と「作業Ｂ２番線」である。

図２に戻り説明を続ける。ステップ０２２０において初期化する入換シーケンスとは、編成が取り得る入換パターンの集合を表すメタデータである。編成の構内における入換、即ち番線間の移動は、予定作業が実施可能な番線に編成を留置させるために必要となることから、作業を「いつ」、「どこで」実施するかを中心として各編成の入換計画を策定することが自然であるが、ある作業を実施可能な番線は、一般的に車両基地の特定の個所にまとまって設置されていることから（例えば図３の車両基地における作業Ａと作業Ｂのそれぞれの可能番線）、入換パターンを考える上では同じ種類の作業番線をひとつにまとめて扱うことが可能である。

また、作業番線（グループ）から他の作業番線（グループ）への移動方法は車両基地のレイアウトにより制約を受けるが、図９に例を示すように、作業番線（グループ）間の移動の途中で他の番線を何回経由するかによって、作業番線間の移動パターンを分類することが可能である。図９では、図３の車両基地において、作業Ａを実施可能な番線グループから作業Ｂを実施可能な番線グループへ移動する際の複数の移動パターンを示している。移動パターンの中で番線経由回数がもっとも少ない移動パターンは経由回数０回、即ち作業Ａの番線から作業Ｂの番線へ直接移動することである。移動の手間を考慮すると作業番線間の番線経由はできるだけ少ないことが望ましい。従って図９の場合には経由回数０の移動が理想的である。しかしながら、車両基地構内では複数の車両が同時に存在するため、全ての車両が理想的な移動を行うわけにはいかなくなる。これは、使用可能な番線と進路に限りがあるために、作業番線への移動のために迂回経路をとったり、作業番線の空きができるまで留置番線で待機する等のために余分な移動が必要となるためである。

以上より、入換シーケンスは、複数の入換パターンを編成の作業内容と作業番線間の移動内容に基づいてグループ化したメタパターン（メタデータ）の一種である。入換シーケンスは、計画作成対象の全ての編成に対してそれぞれ与えられる。図１０は入換シーケンスの例である。入換シーケンスはリスト形式のデータであり、リストの各要素は、編成の「入区」、「出区」、「作業」、「（番線）経由」のいずれかの動作と、各動作を実施するために必要な使用可能番線の集合から構成される。これらの各動作を以降では「処理」と呼ぶ。なお、入区処理と出区処理は、作業と同様に使用可能な番線をまとめて扱うことがでるため、作業処理の一種として扱うことができる。したがって、以降の説明では特に断らない限り「作業処理」は入区処理と出区処理を含むものとする。また、入換シーケンスの中で、作業処理に挟まれた一連の経由処理から構成される部分を、以下では特に経由シーケンスと呼ぶこととする。

入換シーケンスは、編成が車両基地に入区してから必要な作業を受けて出区するまでの一連の移動内容を表す複数の入換パターンを同時に表しており、そこに含まれる各処理からレイアウトに矛盾しないように番線を1つ選択することにより特定の入換パターンを得ることができる。例えば図１０の入換シーケンスの例では、シーケンスの先頭から順に、「下回送」→「作業Ａ１」→「引上１」→「留置１」→「作業Ｂ１」→「留置１」→「上回送」と番線を選べば、図３の車両基地において物理的に実行可能な1つの入換パターンが得られる。なお、「レイアウトに矛盾しない」とは、選択した番線は前後の番線との間に進路が存在しなければならない、という意味である。進路が存在するかどうかの判定は図２のステップ０２１０において作成した車両基地レイアウトネットワークを用いて容易に行うことができる。

図２に戻り説明を続ける。入換シーケンス初期化ステップ０２２０では、各編成が最も効率良く入換作業をおこなう理想的な状況を仮定して、番線経由回数ができるだけ少ない、即ち最短手順の入換シーケンスを図１の入換シーケンス初期化手段０１１２を用いて自動的に作成する。図１１は、入換シーケンス初期化処理の概要を示す処理フロー図である。まず、ステップ１１１０において、予定作業（入区と出区を含む）を全て実施するような入換シーケンスを作業間の経由を考慮せずに作成する。ここで「作業間の経由を考慮しない」とは、車両基地のレイアウトの制約上、作業間の移動に番線経由が必要な場合であっても、それを無視して作業処理が連続するシーケンスを作成する、ということを意味する。ここで作成したシーケンスをＸとする。次にステップ１３２０において、Ｘに含まれる隣り合う（作業）処理のペアについて、レイアウトの制約を満たしながら両者を接続する最短の経由シーケンスを作成する処理を全てのペアについて繰り返す。ここで、最短の経由シーケンスは可能ならば経由回数０（作業番線間を直接移動するパターン）のものとする。これにより編成１個に対する初期シーケンスの作成が終了する。図１の入換シーケンス初期化手段０１１２は、この処理を編成データに含まれる全ての編成に対して実行する。

図１２は、入換シーケンス初期化処理の実行例を示す図である。編成の作業内容は、「作業Ａ、作業Ｂ」であり、これらに入区及び出区を加えて４個の処理からなるシーケンスを最初に作成する（図１１、入換シーケンス初期化処理のステップ１１１０）。なお、各処理の番線集合には使用可能な全ての番線をもれなく設定する。次にシーケンス上で隣り合う処理である、「入区」と「作業Ａ」に対して、その間を接続する最短の経由シーケンスを作成する。この場合は図３の車両基地レイアウトから明らかに経由回数０、即ち直接移動するシーケンスが最短である。したがってシーケンスには何も追加しない。次に２つの隣り合う処理「作業Ａ」と「作業Ｂ」についても同様に経由回数０のシーケンスが最短となる。最後に「作業Ｂ」と「出区」については、レイアウトからこの２つの間を直接移動することはできず、図１の番線定義データ０１２２において「経由可能」と定義された３つある留置番線のどれかを途中で１回経由する必要がある。したがって最短の経由シーケンスは経由回数１のシーケンスであり、これを「作業Ｂ」と「出区」の間に挿入する。以上の処理により得られたシーケンス（図１２の最下段）が初期シーケンスとなる。

作業処理をつなぐ最短の経由シーケンスの作成は、作業処理の間を指定したステップ数の経由処理でつなぐシーケンスを作成する処理を用いておこなう。即ち、経由ステップ数Ｎを０から始めて、経由シーケンス作成が成功するまでＮを順次増やしながら経由シーケンスの作成を繰返し実行する。図１３はＮステップの経由シーケンス作成処理の概要を示す処理フロー図である。まずステップ１３１０において、ステップ数Ｎが０かどうかを判定する。判定の結果Ｎが０ならばステップ１３２０へ進み、先行作業（Ａとする）から後続作業（Ｂとする）へ直接移動可能、即ちＡの使用可能番線からＢの使用可能番線に対して少なくとも1つは進路が存在するかどうかを判定する。この判定には車両基地レイアウトネットワークを用いる。判定の結果、接続可能な場合は経由シーケンスの作成が成功として全体処理を終了する。一方、接続が不可能な場合には経由シーケンスの作成が失敗として全体処理を終了する。ステップ１３１０においてＮが０でないと判定した場合にはステップ１３３０に進み、先行作業Ａと接続可能、かつ「経由可能」な番線を車両基地レイアウトネットワークを用いてもれなくリストアップし、経由シーケンスの先頭に位置する「経由処理１」の使用可能番線に格納する。ただし、この処理の結果、接続可能な番線が１つも存在しない場合には、シーケンス作成失敗として即座に全体処理を終了する。番線のリストアップが成功した場合はステップ１３４０に進む。ここでは変数ｋを１からＮ−１まで１ずつ変化させながら、経由処理kと接続可能、かつ「経由可能」な番線をもれなくリストアップして経由処理ｋ＋１へ格納していく。ただし、この処理の途中で、接続可能な番線を1つもリストアップすることができない場合には、シーケンス作成失敗として即座に全体処理を終了する。このステップが成功した場合はステップ１３５０に進み、経由処理Ｎの候補番線から後続作業Ｂと接続できない、即ち、後続作業Ｂの使用可能番線のどれに対しても進路が存在しない番線を全てカットする。ただし、この処理の結果、経由処理Ｎの使用可能番線が1つも存在しなければ、シーケンス作成失敗として即座に全体処理を終了する。上記ステップが成功した場合はステップ１３６０に進む。ここでは変数ｋをＮから２まで-1ずつ変化させながら、経由処理ｋ−１の使用可能番線から経由処理ｋと接続できないものを全てカットする。ただし、この処理の途中で、経由処理の使用可能番線が1つも存在しなければ、シーケンス作成失敗として即座に全体処理を終了する。このステップが成功した場合にはシーケンス作成終了として全体処理を終了する。最終的に得られたシーケンスがＮステップで作業をつなぐ経由シーケンスである。

図２に戻り説明を続ける。入換シーケンスの初期化の次にはステップ０２３０において入換パターン選択及び時刻決定処理をおこなう。これは各編成の入換シーケンスから実際に実施する入換パターンを1つ選択すると共に、入換の実施時刻、即ち移動の開始／終了時刻と番線の在線時間を具体的に決定することにより構内入換計画を得るものであり、図１の入換パターン選択及び時刻決定手段０１１３を用いて実行する。

図１４は、入換パターン選択及び時刻決定手段の概要を示す処理フロー図である。まず、ステップ１４１０において、入換パターン選択・時刻決定問題の数理計画モデルを構築する。以下ではこの数理計画モデルの概要を説明する。一般的に数理計画モデルは、（１）計画対象（決定変数）、（２）遵守すべき条件（制約条件）、（３）計画の評価尺度（目的関数）の数表現から構成される。ここではまず決定変数を定義する。入換パターンは入換シーケンスの各処理の使用可能番線から番線を1つ選択することにより1つに定まる。従って、入換シーケンスにおける各処理の使用番線は決定変数の1つである。さらに、移動の開始／終了時刻と番線の在線時間は、入換シーケンスの各処理の開始、終了時刻を定めることにより唯一に決まるので、これらも決定変数の1つである。さらに、入換シーケンスには表れないが、番線間の移動に用いる進路も決定変数の1つである。

これらの決定変数を統一的に扱うために、ステップ１４１０では、数理計画モデルを構築する前処理として、番線間の移動の要素を考慮して入換シーケンスを拡張した「拡張入換シーケンス」を作成しワークエリアに格納する。図１５は、図１０の入換シーケンスに対する拡張入換シーケンスを示したものである。拡張入換シーケンスは、入換シーケンスの全ての処理の間に「移動」を意味する処理を加えたものである。各移動処理には前後の番線を接続する進路がもれなく格納される。このような拡張入換シーケンスは入換シーケンスに対して唯一に定まる。またその作成は入換シーケンスの先頭から順に移動処理を追加し、車両基地レイアウトネットワークを用いて番線同士を接続する進路をもれなく設定していくことで簡単に実現できる。拡張入換シーケンスは、編成の入区から出区迄の構内の移動を途中の進路も含めて詳細に定義するものであり、いわば編成に対対しての仕事内容を全て含んだデータであることから、以降ではこれを「ジョブ（仕事）」とも呼ぶ。また、以降では拡張入換シーケンスに含まれる「移動」を意味する処理を「移動処理」、それ以外の処理は「在線処理」と呼ぶ。

拡張入換シーケンス（ジョブ）を用いれば、入換パターン選択・時刻決定問題の決定変数は、（移動処理を含む）全ての処理の使用番線・進路、及びそれらの処理の開始／終了時刻と定義することができる。なお、移動処理の開始／終了時刻は、その前後の在線処理の開始／終了時刻と明らかに一致するため、これを必ずしも決定変数とする必要はないが、在線処理と移動処理を区別せずに扱うことで数理計画モデルが簡潔になることから本実施例ではこれを決定変数と見なす。また、以降では「番線」と「進路」をまとめて「資源」と呼ぶことにする。

次に、入換パターン選択・時刻決定問題の制約条件を定義する。まず、構内入換計画が満たすべき条件を文章により記述すると下記の通りとなる。
（１）各処理が使用する番線・進路に時間的競合がない。
（２）番線と進路のレイアウト上の繋がりを遵守する。
（３）進路支障時分や番線続行時隔等、各種の作成条件を満足する。
（４）予定された作業をもれなく実施する。
（５）入区時刻と出区時刻を守る。
（１）〜（３）は、構内入換が物理的に実施可能であるための必須条件であり、（４）及び（５）は車両基地業務の運用面から必ず満足すべき条件である。これらの条件を数理的に記述するために、以下ではその準備として各種記号の定義をおこなう。なお、記号の後に付加された「^」は後に続く記号が上添え字、「_」は同じく下添え字であることを意味する。
(1)集合
・Ｊ:ジョブの集合 {1,...,n}
・Ｏ:処理の集合 {1,...,m}
・Ｍ:資源（＝進路、番線）の集合 {1,...,l}
・Ｏ_j:ジョブjに属する処理の集合 (j=1,...,n)
その要素数|Ｏ_j|=m_jとする。
Ｏ_jはＯの部分集合であり、Ｏの中の(N_j-1)+1からN_jまでの連続した要素からなる。
ここで、N_0=0, N_j = Σm_k (k:1〜ｊ)である。
なお、Ｏ_j内の各要素は番号が小さい順に実行されることを仮定する。
・Ｍ_i:処理iに割当可能な資源の集合(i=1,...,m)
・Ｏ^R,Ｏ^T:移動処理(R)、在線処理(T)の集合
・Ｍ^R,Ｍ^T:進路(R)、番線(T)の集合
・Ｍ^src_k,Ｍ^dst_k:Ｍ^Tの要素k(番線)を発番線（着番線）とする進路の集合
(2)定数
・Ｍ_0 (または単に0):競合を考えない特別な資源（バッファ資源）
・r_j,d_j:ジョブjの開始時刻(r_j)と終了時刻(d_j) (j=1,...,n)
・p_i:処理iの最小処理時間 (i=1,...,m)
・δ_ij:進路競合フラグ
- 1:進路iと進路jは支障する (i,jは共にM^Rの要素)
- 0:上記以外
※バッファ資源の定義より、δ_0j、δ_i0は0
・u:進路支障時分
・q:番線の続行時隔
(3)決定変数
・s_i:処理iの開始時刻
・e_i:処理iの終了時刻
・z_i:処理iの割当資源
(4)コスト関数
・C_ik:処理iに資源kを割当てるコスト
- 1:k=0(ダミー資源)のとき
- 0:上記以外
(5)論理式
・A⇒B : AならばB
・A||B : AまたはB
・Or{A_k} (k=1,...,n) : A_1 || A_2 || ... || A_n
ここで、バッファ資源M_0は、本問題の数理モデル化のために特別に導入した資源である。本問題は、特定の入換シーケンスの下で入換パターンの選択と時刻の決定を行うものであるため、入換シーケンスの選び方次第では、パターン選択と時刻決定をどのようにおこなっても、番線や進路の競合が避けられず、通常のモデル化では「解なし」という状況が起こり得る。ところが、番線/進路の競合が避けられない場合には、以降で説明するように前提となる入換シーケンスを変更することが求められるため、実行可能な解が得られない場合であっても、競合が「どこで」「どのように」発生するかを把握して、これを入換シーケンスを変更するための手がかりとする必要がある。そこで、競合やレイアウトの制約等を考慮せずに制限なく使用することが可能なバッファ資源を導入し、資源競合が不可避の場合にはバッファ資源を処理に割当てることにより制約条件を満たした解を暫定的に作成し、この結果を入換シーケンスの変更に利用することとする。

進路支障時分(u)や番線の続行時隔(q)等の計画作成のパラメータは、図１の作成条件データ０１２６において定義された値を用いる。図１６は計画作成条件データの例を示す図である。作成条件は「進路支障時分」、「番線続行時隔」、「最小在線時間」、「進路移動時分」の４項目を少なくとも含む表形式のデータである。

進路競合フラグ(δ_ij)は、図１の進路競合定義データ０１２４に基づいて値を設定する。図１７は進路競合定義データの例を示す図である。進路競合定義データは、車両基地構内の全ての進路を縦軸と横軸としたマトリックス形式のデータである。ここで、進路の競合とは、２つの進路が線路の一部を共有する、または保安上の理由等から、同時に進路を設定することができないことを意味する。図１７のデータ例においては、行と列で指定した進路の組合せが競合するならば値１を、競合しなければ値０を格納する。この例は、図３の車両基地における進路競合の一部を示したものである。

上記の記号の定義の下で、入換パターン選択・時刻決定問題の制約条件は下記の通りとなる。

数１は、２つの在線処理i,i'にバッファ以外の同じ番線が割当てられている場合は、実行時間帯が重ならないことを意味し、かつ、２つの処理の間に続行時隔（ｑ）以上の間隔をあけることを意味する。

数２は、２つの移動処理i,i'に競合する資源が割当てられている場合は、実行時間帯が重ならないことを意味し、かつ、２つの処理の間に支障時分（u）以上の間隔をあけることを意味する。

数３は、同一ジョブ内において、在線処理iの次の移動処理i+1に対しては、iに割当てられた番線を発番線とする進路のどれかを割当てることを意味する。即ち連続する在線と移動は番線と進路が物理的につながっていなければならないことを意味する。

数４は、同一ジョブ内において、在線処理iの１つ前の移動処理i-1に対しては、iに割当てられた番線を着番線とする進路のどれかを割当てることを意味する（数３の逆の意味）。

数５は、各ジョブの先頭の処理は、開始時刻がジョブの開始時刻に一致することを意味する。

数６は、各ジョブの先頭以外の処理は、開始時刻が一つ前の処理の終了時刻に一致することを意味する。即ち各処理は時間的に切れ目なく実施しなければならないことを意味する。

数７は、各ジョブの最後の処理は、終了時刻がジョブの終了時刻に一致することを意味する。

数８は、在線処理の終了時刻は、（開始時刻＋最小処理時間）以上でなければならないことを意味する。

数９は、移動処理の終了時刻は、（開始時刻＋最小処理時間）に一致しなければならないことを意味する。

数１０は、決定変数の取り得る値に関する条件である。

これらの数式制約は、先に文章で記述した制約条件をもれなく含み、より厳密な定義となっている。なお、処理iの最小処理時間は、作業処理の場合は該当作業の所要時間、それ以外の在線処理は作成条件で定義された最小在線時間、移動処理は同じく作成条件で指定された進路移動時分、をそれぞれ設定する。

次に、数理モデルの目的関数は以下の通りである。

この目的関数を最小化することにより、バッファ資源をできるだけ使用しない解を求めることができる。即ち、これにより所与の入換シーケンスの下で資源競合をできるだけ発生しないように入換パターンの選択と時刻の決定をおこなうことができる。バッファ資源を全く使用しない解を得ることができれば、それが構内入換計画の実行可能解となる。

以上が数理モデルの概要である。図１４のステップ１４１０では、各編成の入換シーケンスについて拡張入換シーケンス（ジョブ）を作成した上で、上記の決定変数、制約条件、目的関数から構成される数理モデルを構築する。なお、ここで構築したモデルは、複数の処理から構成されるジョブに対して、各処理の実行順序（時刻）と使用する資源を他のジョブと関連させながら決定する問題であり、これは生産スケジューリング分野におけるフレキシブルジョブショップ問題、もしくは並列機械スケジューリング問題の一種と捉えることができる。

次にステップ１４２０においてモデルの解を最適化演算により作成する。最適化演算の方法については様々な手法が考えられるが、数理モデルが論理的な制約条件（⇒、||等）を含んでいる特殊な形式であることから、線形モデルを前提としたＬＰ緩和と分枝限定法を組み合わせた探索手法や、その発展形である分枝カット法等、数理計画分野における一般的手法を適用することは困難である。そこで本発明では、この数理モデルの解探索に制約論理プログラミングを適用する。制約論理プログラミングは制約充足問題に対する解探索手法の一種であり、（１）決定変数の取り得る値（ドメイン）の変化を、関連する制約を介して他の変数に伝えることにより探索領域を絞り込む「制約伝播」手法に基づく効率的な解探索メカニズムを持ち、（２）論理制約、記号制約や非線形制約等、幅広い制約条件を含むモデルの解探索に対応可能、であることを特長とする。制約論理プログラミングは線形計画法（ＬＰ）等と同様に汎用ライブラリが広く流通しており、本問題の数理モデルはそれらのライブラリが扱うことができる一般的な形式である。したがって、ステップ１４２０の最適化演算処理においては、制約論理の実行メカニズムを独自に実装しても良いし、汎用ライブラリをコールすることにより解探索を実行することとしても良い。

以上で図１４の入換パターン選択及び時刻決定手段の説明を終え、図２に戻り説明を続ける。ステップ０２４０では、入換パターン選択及び時刻決定問題を解いて得られた解が実行可能な構内入換計画であるかどうかを判定する。具体的には得られた解がバッファ資源を用いたものであるかどうかをチェックし、バッファ資源を1つでも使用している場合には資源競合が発生しているので実行不可能と判定する。

判定の結果、実行不可能の場合にはステップ０２６０に進み、ループの打切り条件を満たすかどうかを判定する。本実施例では、打ち切り条件はループ回数が設定値を上回った場合とするが、例えば入換シーケンスの変更内容に基づいた打切り条件を設定する等、これ以外の方法を用いても良い。この判定の結果、打ち切り条件を満たす場合には計画作成不能として全体処理を終了する。

打切り条件を満たさない場合はステップ０２７０に進み、図１の入換シーケンス変更手段０１１４を用いて現在の入換シーケンスに変更を加える。図１８は入換シーケンス変更手段の処理の概要を示す処理フロー図である。まずステップ１８１０において、得られた解の分析をおこない、資源競合が「どこで」「どのように」発生しているかを調査する。次にステップ１８２０において、分析結果に基づき、1つないし複数の編成を選択し、資源競合が発生しないようにそれらの入換シーケンスに変更を加える。具体的には、作業処理を接続するための番線経由の部分、即ち経由シーケンスに対して迂回経路の設定や、経路の短縮といった各種の調整を施す。

図１９は、入換シーケンス変更とそれに伴う入換計画の作成例を示す図である。この例は編成０２に対する入換シーケンスの変更をおこなうものであり、図の上がシーケンスの変更前、図の下がシーケンスの変更後にそれぞれ対応する。変更前の編成０２の入換シーケンスは、「入区」→「作業Ａ」→「出区」であるが、作業Ａ用の番線として「作業Ａ１」「作業Ａ２」のどちらを選択しても他の編成（０１、０３）と競合を発生する。そこで、入区後すぐに作業Ａを行うのではなく、作業番線の空きを待つために他の番線で待機することとし、それを意味する経由シーケンス（留置→引上）を作業処理の前に挿入することにより資源競合を解消できる。

上記の例のように資源競合を解消することができれば、図１９のフローにおける解の分析とシーケンスの変更はどのようなやり方を用いても良い。図２０はその一例を示す処理フロー図である。まずステップ２０１０において、入換パターン選択と時刻決定の結果として得られた入換計画の中から、バッファ資源が割当てられた処理をリストアップする（この集合をＸとする）。ステップ２０２０では、Ｘの中から開始時刻が最も早い処理を1つ選択する（この処理をＡとする）。ステップ２０３０では、Ａと資源競合の可能性がある、即ちＡに割当可能な資源をＡと重なる時間帯で使用している処理をリストアップする（この集合をＹとする）。次にステップ２０４０において、ＡとＹの中から処理を1つ選択し（Ｂとする）、この処理を含む入換シーケンスを以降のステップにおいて変更する。ステップ２０５０ではＢの種類を判定する。Ｂが作業処理ならばステップ２０６０に進み、Ｂを含む入換シーケンスの中で、ＢとＢの1つ前の作業の間にある経由シーケンスを取り出す（これをαとする）。Ｂがそれ以外ならばステップ２０７０に進み、Ｂが含まれる経由シーケンスを取り出す（これをαとする）。なお、Ｂが移動処理の場合は拡張入換シーケンス上のどこにＢ含まれているかを判定して、その部分に対応した経由シーケンスを取り出す。判定結果がいずれの場合でも次はステップ２０８０に進み、変数kを1としてαよりｋステップだけ経由回数が多い経由シーケンスを作成し（これをβとする）、この作成に成功するまでkを順次増やしながら処理を繰り返す。なおｋステップの経由シーケンスの作成には、入換シーケンス初期化において用いた処理（図１３）を使用すれば良い。最後にステップ２０９０において、αの代わりにβを入換シーケンスの該当位置に挿入して全体処理を終了する。

上記の処理は、バッファ資源を割当てられた、即ち他の処理と資源競合を生じる処理に着目し、その処理及びその処理と競合する処理の中から1つ選択した上でその処理が含まれる入換シーケンスを変更するものである。選択した処理が作業ならばその前に位置する経由シーケンスを最小単位だけ延長する。これは作業の前に他の番線で待機する、または迂回経路を取ることを意味する。一方、選択した処理がそれ以外のものであれば、その処理が含まれる経由シーケンスを最小単位だけ延長する。これも同様に迂回経路を取ることで資源の競合を回避することを意図している。経由シーケンスの延長を最小単位とするのは、入換作業の効率の観点から番線間の移動を極力少なくするということと、経由シーケンスを長く取りすぎると資源競合が逆に多発する、または出区時刻を守れない可能性が生じるためである。

以上で入換シーケンス変更手段の説明を終え、図２に戻り説明を続ける。ステップ０２４０における実行可能性判定の結果、実行可能の場合にはステップ０２５０に進み、得られた結果を図１の表示装置０１４０に出力し、計画作成完了として全体処理を終了する。

以上で実施例１の説明を終える。これにより、作業内容と作業間の番線経由手順から入換パターンをグループ化したメタデータである入換シーケンスを、車両基地のレイアウト構造と計画作成対象の編成に応じて適切に作成し、当該入換シーケンスから入換パターンを選択して実行時刻を決定することにより構内入換計画を作成するので、必要な入換パターンの全てを車両基地毎に事前に登録しておくことが不要であるという効果がある。

また、入換シーケンスから入換パターンを選択して実行時刻を決定する処理において、当該処理を計画対象の全ての編成に対して一括しておこなう数理モデルを構築し、最適化演算により当該数理モデルの解を算出するので、入換パターンと実施時刻の膨大な組合せの中から計画全体の整合性を考慮して最適な選択をおこなうことができ、計画作成不能に陥る可能性とそれに伴う人手による負担を最小限に抑えて全編成の計画を得ることができる。

次に、ユーザインターフェース部分について、図２６〜図３６を用いて説明する。

図２６は車両基地構内入換計画作成装置の構成を示す図である。図１の車両基地構内入換計画装置に対応する。但し、図２６は、ユーザインターフェース部分を中心に記述されている。

車両基地構内入換計画作成装置は計算機システムであり、処理装置２６１０と、処理装置２６１０に接続される記憶装置２６２０、入力装置２６３０、表示装置２６４０及び出力装置２６５０から構成される。また処理装置２６１０はネットワーク２６６０と接続される。記憶装置２６２０は、本発明による車両基地構内入換計画作成装置を用いた計画修正の対象となる構内入換計画を格納する入換計画データ２６２１、計画作成者の計画修正の意図に関する情報を格納するユーザ意図データ２６２２、構内入換計画の前提となる各種の入力情報を格納する基礎データ２６２３から構成される。基礎データとしては、計画対象となる編成の入出区時刻や作業内容に関する情報、車両基地構内の番線や進路等のレイアウトに関する情報、清掃や点検等の各種作業の実施可能番線や所要時間に関する情報、番線間の移動時分や交差支障時分等といった各種パラメータなどが少なくとも挙げられるが、これらに限定されるものではない。

入力装置２６３０は、計画作成者による車両基地構内入換計画作成装置の操作に用いる装置であり、少なくともキーボード及びマウス等のポインティングデバイスを備える。表示装置２６４０は計画作成結果の提示に用いるための装置である。出力装置２６５０は計画作成結果を帳票形式で印刷するための装置である。処理装置２６１０のメモリには、構内入換計画をダイヤ図形式で表示する構内ダイヤ図表示手段２６１１、修正作業中の構内入換計画に対する各種の条件違反を検出する条件違反検出手段２６１２、計画担当者によるリクエストを受け付けて構内ダイヤ図の特定のダイヤスジを変更するダイヤスジ変更手段２６１３、計画担当者の入力操作に基き計画修正の意図情報を生成／格納するユーザ意図設定手段２６１４、計画作成者からの指示を受けて計画を再作成する計画再作成手段２６１５、がプログラムとして格納され、処理装置２６１０によって実行される。ワークエリア２６１５はプログラム実行の作業領域として使用されるメモリ上の領域である。上記プログラムは、記憶装置２６２０に格納し、この記憶装置の起動装置を介して処理装置２６１０に読込むか、または他の計算機の記憶装置ないしは独立した記憶装置に格納し、ネットワーク２６６０を介して処理装置２６１０に伝送した上で実行することが可能である。

図２７は、本実施例における車両基地構内入換計画作成装置の処理概要を示す全体処理フロー図である。以下ではこのフローの各ステップについて詳細に説明していく。なお、説明を具体的なものとするために、以下では図３５に示す車両基地を作成対象と仮定して説明をおこなう。

図２７に戻り説明を続ける。まずステップ２７１０において、図２６の入換計画データ２６２０を処理装置２６１０のワークエリア２６１６に読込み、構内ダイヤ図表示手段２６１１を用いて構内ダイヤ図を作成し表示装置２６４０に出力する。図３６は構内ダイヤ図の表示例である。構内ダイヤ図は、車両基地内の番線を縦軸、時刻を横軸とした平面上に車両基地構内の移動と在線の繰り返しを意味する線（ダイヤスジと呼ぶ）を編成毎に記したものである。1本のダイヤスジの中で、斜線３６１０は番線間の移動を、水平線３６２０は特定の番線における在線を意味する。在線の場合は水平線の長さが在線時間を表す。図３６の例は３編成の構内ダイヤ図である。ダイヤスジの始端は編成の入区時刻、終端は同じく出区時刻である。ただし、編成が計画実施日以前に入区済の場合は、ダイヤスジの左端は計画作成の開始時刻に一致する。同様に計画実施日以降に編成が出区する場合は、ダイヤスジの右端は計画作成の終了時刻に一致する。

図２７に戻り説明を続ける。ステップ２７２０では、表示装置に出力された構内ダイヤ図に対する図２６の入力装置２６３０を介した計画担当者による修正操作を受け入れ、ダイヤスジ変更手段２６１２を用いてワークエリアに格納された入換計画データの修正処理をおこなう。ダイヤスジ変更手段が受け入れる修正操作は、「番線変更」、「開始時刻変更」、「終了時刻変更」、「時間帯変更」の４種類を少なくとも含む。これらの修正操作はいずれもダイヤスジの在線表示部分（水平線）に対する操作であり、「番線変更」は在線に使用する番線の変更、「開始時刻変更」は在線の開始時刻の変更、「終了時刻変更」は在線の終了時刻の変更、「時間帯変更」は在線の実施時間帯の変更、をそれぞれ意味する。図２８は、これら４種類の修正操作のマウスによる実行方法の例である。番線変更の場合は、変更したい在線表示部分の中央にマウスポインタ２８１０を置き、マウス２８２０の左ボタン２８２１を押下しながらマウスを上下に動かす。これにより構内ダイヤ図表示手段２６１１がマウスポインタの移動距離を検出し、その距離に応じた位置の番線に在線表示部分の表示を移動する。目的の番線に移動した時点でマウスの左ボタンを離すことにより、その時点で在線表示部分が位置する番線を最新の情報としてダイヤスジ変更手段２６１３がワークエリアの入換計画データを更新する。他の修正操作についても同様である。開始時刻変更は、マウスポインタを在線表示部分の左端に置き、マウスの左ボタンを押下しながらマウスを左右に動かす。これにより在線表示部分の開始部分が移動距離に応じて時間軸に沿って左右に移動するので、目的の時刻に位置した時点でマウスの左ボタンを離すことにより操作が完了する。終了時刻変更は、マウスポインタを在線表示部分の右端に置き、マウスの左ボタンを押下しながらマウスを左右に動かす。これにより在線表示部分の終了部分が移動距離に応じて時間軸に沿って左右に移動するので、目的の時刻に位置した時点でマウスの左ボタンを離すことにより操作が完了する。時間帯変更は、マウスポインタを在線表示部分の中央に置き、番線変更と区別するためにマウスの左と右の両方のボタンを同時に押下しながらマウスを左右に動かす。これにより在線表示部分全体が移動距離に応じて左右に移動するので、目的の位置でマウスの左右のボタンを離すことにより操作が完了する。

図２７に戻り説明を続ける。ステップ２７２０では、表示画面上のボタンを押下するといった計画担当者からの指示を受ける。ステップ２７３０では、図２６の条件違反検出手段２６１３を用いてワークエリアに格納された修正後の入換計画データに対して条件違反の検出をおこなう。検査対象の条件としては少なくとも下記に示す５つを含むものとする。

（１）各編成が使用する番線・進路に時間的競合がない。

（２）番線と進路の車両基地レイアウト上の繋がりを遵守する。

（３）進路支障時分や番線続行時隔等の物理的パラメータを満足する。

（４）予定された作業をもれなく実施する。

（５）入区時刻と出区時刻を守る。

これらは、編成が車両基地へ入区してから出区するまでの時間枠の中で、物理的な制約条件を遵守しつつ事前に決められた作業を実施する上で最低限満たすべき、いわば基本条件である。上記以外にも、作業の実施時間帯を制限したり特定の順序を守って作業を実施するといった、構内作業の運用方法に関わる緒条件も考えられる。したがって、検査すべき条件は上記の基本条件に加え、個々の車両基地毎の運用特性を加味して必要なものを設定する。条件違反検出手段２６１２は、設定された条件毎に違反の有無を検査し、違反がある場合には表示装置を介して計画担当者にその旨を通知する。表示装置の出力形態は特に規定しないが、違反部分の表示色を赤等の強調色に変化させる、違反部分と違反内容を記号や文字等で表したメッセージをポップアップウィンドウにより出力する等、条件違反であることが視覚的に担当者に明確に伝わるものとする。

図２７に戻り説明を続ける。ステップ２７４０は、計画担当者が表示装置に描かれた構内ダイヤ図を確認し、その内容を承認するかどうかを判断する。判断の結果、承認の場合にはステップ２７５０へ進み、表示装置に描かれた構内ダイヤ図に対応するワークエリア内の入換計画データを正式な計画として記憶装置に登録して処理を終了する。なお、入換計画データを記憶装置に登録すると同時に図２６の出力装置２６５０にもデータを転送して入換計画の帳票を印刷することとしても良い。

一方、計画担当者が手作業による計画変更を継続する必要があると判断した場合は、ステップ２７２０へ戻りこれまでの処理を再び繰り返す。また、条件違反が数多く発生したこと等から手作業での修正には無理があると判断し、計画の自動再作成をおこなうこととした場合には、ステップ２７６０へ進む。

ステップ２７６０では、計画担当者の「意図」を図２６のユーザ意図設定手段２６１４を用いて設定する。ここでの「意図」とは、計画の再作成にあたって計画担当者が実現を希望する計画の特定部分に関する内容を指す。

図２９はユーザ意図データのデータ構造を示す図である。設定可能なユーザ意図は、「固定」、「候補指定」、「関係指定」の少なくとも３種類であり、本実施例ではそれぞれに応じて専用のデータ構造を定義する。

ユーザ意図「固定」は、ダイヤスジの在線表示部分における属性に対して値を固定し、それ以外の値を設定することを禁止するものである。在線表示部分の属性は、「使用番線」、「開始時刻」、「終了時刻」、「在線時間」の４種類を少なくとも含むものとする。これに対応するデータ構造は図２９の表２９１０である。「固定」データは、１個の固定指示を１行とした表形式のデータであり、各行は、指定対象の在線表示部分が含まれるダイヤスジが該当する編成の編成番号、指定対象の在線表示部分に与えられた同一ダイヤスジの他の在線表示部分と重複しない在線番号、固定する属性の種類、固定する値、の４項目から構成される。例えば表２９１０の１行目は、編成番号「編成０１」、在線番号「１」、種類「使用番線」、値「留置４番線」であり、これは「編成０１の１番目の在線の使用番線を留置４番線に固定したい」という計画作成者の意図を意味する。

ユーザ意図「候補指定」は、ダイヤスジの在線表示部分における特定の属性の値を指定した一群の候補の中に制限し、それ以外の値を設定することを禁止するものである。在線表示部分の属性はユーザ意図「固定」と同じである。これに対応するデータ構造は図２９の表２９２０である。「候補指定」データは、１個の候補指定を１行とした表形式のデータであり、各行は、指定対象の在線表示部分が含まれるダイヤスジが該当する編成の編成番号、指定対象の在線表示部分に与えられた在線番号、候補を指定する属性の種類、値の候補、の４項目から構成される。例えば表２９２０の１行目は、編成番号「編成０２」、在線番号「３」、種類「使用番線」、候補「留置４、留置５、留置６」であり、これは「編成０２の３番目の在線の使用番線を留置４、留置５、留置６のいずれかに設定したい」という計画作成者の意図を意味する。なお、候補を指定する属性が開始時刻等の連続的な性質をもつものの場合には、連続的な値の範囲を候補として指定しても良い（表２９２０の２行目を参照）。

ユーザ意図「関係指定」は、異なる編成の在線表示部分同士の間に特定の関連付けを設定するものである。関連付けの種類は、「実行順序」と「使用番線」に大きく分けられる。「実行順序」の例としては、ある編成の在線は別の編成の在線が終了するまで開始しない、ある編成は別の編成の在線開始を待って在線を開始する等が挙げられる。実行順序は開始時刻と終了時刻、そして実行の間合い時間の組合せにより様々なバリエーションが考えられるので、設定可能なパターンを適用対象の車両基地に応じて事前に定義しておくこととする。一方、「使用番線」の例としては、ある編成と他の編成は同一番線を使用する、逆にある編成と他の編成は異なる番線を使用する、が挙げられる。これについても例に挙げたものよりも複雑なパターンも考えられるので、設定可能なものを適用対象の車両基地に応じて事前に定義しておくこととする。「関係指定」に対応するデータ構造は図２９の表２９３０である。「関係指定」データは、１個の関係指定を１行とした表形式のデータであり、各行は、指定対象の在線表示部分が含まれるダイヤスジが該当する編成の編成番号、指定対象の在線表示部分に与えられた在線番号、関係を設定する相手の在線表示部分の編成番号、同じく在線番号、関係指定の種類、の５項目から構成される。たとえば表２９３０の１行目は、編成番号「編成０１」、在線番号「２」、相手編成番号「編成０３」、相手在線番号「２」、種類「同一番線使用」であり、これは「編成０１の２番目の在線は編成０３の２番目の在線と同じ番線を使用させたい」という計画作成者の意図を意味する。

なお、ユーザ意図データは、図２９で示したダイヤスジの在線表示部分を対象とした３種類を基本として、例えば移動部分を対象とした同様の意図データを適用対象の車両基地に応じて定義して用いても良い。

図２７に戻り説明を続ける。ステップ２７６０のユーザ意図設定処理では、計画担当者が表示装置に出力された構内ダイヤ図の上で入力装置を用いた設定操作をおこない、その結果に基づいて図２６のユーザ意図設定手段２６１４がユーザ意図データを新規に生成して記憶装置２６２０に格納するか、もしくは記憶装置に記録されたユーザ意図データ２６２２の修正をおこなう。

計画担当者によるユーザ意図の設定操作は様々なバリエーションが考えられる。本発明は操作方法を特定の方式に制限するものではないが、本実施例では以下に説明する４種類の設定操作を備える。

図３０は、固定指示の操作例を示す図である。計画担当者がマウスポインタ３０１０を固定指示対象の在線表示部分(図では編成０１の１番目）へ移動して選択操作をおこない、画面上の特定のボタンを押下する等の指示により設定ダイアログ３０２０が画面上に表示される。設定ダイアログには固定可能な属性の一覧が項目として表示されるので、ここでマウスポインタを該当する項目に移動して選択操作をすることにより設定処理が実行される。具体的には図２６のユーザ意図設定手段２６１４が選択された項目を読み取り、対応するユーザ意図データを生成して記憶装置２６２０に格納する。設定ダイアログ上のチェックマークが付された項目は固定指示が設定済であることを示す。チェックマークが付された項目に対して選択操作をおこなった場合は、固定指示が取り消される。具体的にはユーザ意図設定手段が選択された項目を読み取り、対応する意図データを記憶装置から検索して該当データを削除する。

図３１は、候補指定の操作例を示す図である。計画担当者がマウスポインタ３１１０を候補指定対象の在線表示部分へ移動して選択操作をおこない、画面上の特定のボタンを押下する等の指示により設定ダイアログ３１２０が表示される。設定ダイアログは候補指定が可能な４種類の属性それぞれに対応した設定領域に分けられる。チェックボックス３１３１は、属性「開始時刻」に対する候補指定の有効、無効の切り替えをおこなうものである。ラジオボタン３１３２は、開始時刻の範囲の種類（以前、以降、固定）を指定するために用いられる。スクロールバー３１３３は開始時刻の範囲の始点を設定するために用いられる。図３１の設定例の場合は、「編成０２の番号２の在線表示部分を１２：１５以前に開始したい」というユーザ意図を表している。

以下、図３１の「終了時刻」と「在線時間」の設定操作に関しては開始時刻と同様である。一方、開始時刻等の時刻属性とは異なり離散的な性質を持つ「使用番線」に対しては設定操作が若干異なる。リストボックス３１４１とリストボックス３１４２は、それぞれ候補指定から外す番線と候補指定に含む番線を表示する。設定可能な番線は上記の２つのリストボックスのいずれかに必ず含まれる。左側のリストボックス内のいずれかの項目をマウスで選択し、除外ボタン３１４３を押下すると該当項目が右側のリストボックスへ移動する。逆に右側のリストボックス内のいずれかの項目をマウスで選択し、追加ボタン３１４４を押下すると該当項目が左側のリストボックスへ移動する。

以上の設定操作をおこなった後に「OK」ボタン３１５０を押下すると、図２６のユーザ意図設定手段２６１４が設定ダイアログ上での操作結果を取得し、対応するユーザ意図データが存在するものについては修正処理を、存在しないものについては新規データの生成処理を実行し記憶装置２６２０内のユーザ意図データ２６２２の内容を更新する。一方「キャンセル」ボタン３１６０を押下した場合は設定ダイアログ上での操作結果を記憶装置に反映せず、何もせずに処理を終了する。

図３２は、関係指定の操作例を示す図である。計画担当者がマウスを用いて関係指定対象の２つの在線表示部分を選択し、画面上の特定のボタンを押下する等の指示により設定ダイアログ３２２０が表示される。設定ダイアログには設定可能な関係の一覧が項目として表示されるので、ここでマウスポインタ３２１０を該当する項目に移動して選択操作をすることにより設定処理が実行される。具体的には図２６のユーザ意図設定手段２６１４が選択された項目を読み取り、対応するユーザ意図データを生成して記憶装置２６２０に格納する。設定ダイアログ上のチェックマークが付された項目は固定指示が設定済であることを示す。チェックマークが付された項目に対して選択操作をおこなった場合は、固定指示が取り消される。具体的にはユーザ意図設定手段が選択された項目を読み取り、対応する意図データを記憶装置から検索して該当データを削除する。

図３３は、時刻範囲を指定して複数の在線表示部分を一括して固定する操作例を示す図である。本設定操作は、計画の実施日当日に列車運行の乱れや構内作業の遅れ等の要因から計画の修正が必要な場合に、その時点迄に既に実績となっている計画部分を固定して残りの部分のみを再計画するために用いるものである。計画担当者が画面上の特定のボタンを押下する等の指示により本設定操作の実行モードに切り替わり、時刻範囲設定用のポインタ３３１０が表示される。このポインタはマウスを用いて左右に移動することが可能であり、構内ダイヤ図上のポインタ位置に対応した時刻がラベル３３２０に表示されると共に計画表示領域の左端からポインタまでの計画部分がマスクされる。マスク領域に含まれる在線表示部分はその属性を固定することを意味する。なお、図３３の在線表示部分３３３０等のようにマスク領域に部分的に含まれる在線操作は、使用番線と開始部分のみを固定するものとする。

計画担当者が上記の操作により固定領域を設定した後に画面上の特定のボタンを押下する等の指示により設定処理が実行される。具体的には、図２６のユーザ意図設定手段２６１４がマスク領域に含まれる在線表示部分を読み取り、それらの「使用番線」「開始時刻」「終了時刻」「在線時間」の４種類の属性を固定するユーザ意図データを生成し記憶装置２６２０に格納する（ただし、マスク領域に部分的に含まれる在線表示部分に対しては、「終了時刻」と「在線時間」の固定指示はおこなわない）。

図２７に戻り説明を続ける。ステップ２７６０においてユーザ意図設定をおこなった後に、計画担当者が任意のタイミングで画面上の特定のボタンを押下する等によりステップ２７７０の計画再作成処理を実行する。計画再作成処理では事前に設定された計画作成条件に加えて計画担当者が設定した意図を満足する構内入換計画を自動的に作成する。自動作成のベースとなる方式は既出願特許「車両基地内入換計画作成装置及び方法」（特願２００３−３９６５０２）に示されたものである。以下では既出願特許の方式を活用した再作成処理について図３４の処理フロー図を用いて説明する。

まずステップ３４１０において、ワークエリアに格納された修正後の入換計画データに対して条件違反の検出をおこなう。具体的には、図２６の条件違反検出手段２６１３を用いて番線・進路の競合等、事前に設定された条件に対する違反の有無を検査し、その結果をワークエリアに一時保存する。

次にステップ３４２０において、計画対象の編成群を条件違反を含むものと条件違反を含まないものとに分類し、その結果をワークエリアに一時保存する。なお、この処理結果はステップ３４４０において既出願特許の計画作成方式への入力データとして用いる。

ステップ３４３０では、図２６の記憶装置２６２０に格納されたユーザ意図データ２６２２に基づき、既出願特許の計画作成方式が解釈可能な制約式データを生成する。制約式データは、等号（＝）、不等号（＜、＞、≦、≧）を用いた数式、もしくは論理記号（＝、≠、‖、＆、！）を用いた論理式である。例えば図２９の固定指定データ２９１０における１行目からは、制約式（z11=4)を生成する。ここで、z11は編成０１の在線表示部分１の使用番線に関する決定変数、4は留置４番線に付与された他と重複しないID番号である。また、図２９の候補指定データ２９２０における１行目からは、制約式(z23=4‖z23=5‖z23=6)を生成する。ここで、z23は編成０２の在線表示部分３の使用番線に関する決定変数、4,5,6はそれぞれ留置４、５、６番線に付与された他と重複しないID番号である。さらに、同じく図２９の候補指定データ２９２０における２行目からは、制約式（12:30≦e12≦14:00)を生成する。ここで、e12は編成０１の在線表示部分２の終了時刻に関する決定変数である。最後に、関係指定データ２９３０の2行目からは、制約式(e22≦s12)を生成する。ここで、e22は編成０２の在線表示部分２の終了時刻変数、s12は編成０１の在線表示部分２の開始時刻変数である。記憶装置に格納された全てのユーザ意図データに対して制約式データを生成し、処理結果をワークエリアに一時保存してステップ３４３０を終了する。

次にステップ３４４０において既出願特許の構内入換計画作成方式を実行する。本方式は、数式もしくは論理式で記述された制約条件を満足する構内入換計画を、既に計画が得られている編成の解を固定したままで、残りの編成の計画をそれらに足し込む形で段階的に作成することに特徴がある（実施例２）。計画作成が途中で失敗した場合には、（１）固定した計画の一部を解除する、（２）他の編成を選択しなおす、のいずれかを行った後に計画作成を続行するので、従来手法のように全てを一旦解除して一から計画作成をやり直す場合と比較すると探索効率が高い。その上可能な組合せを探索する範囲も広いので、途中で探索が失敗する可能性を最小限に抑えることができる。また、これにより既に得られた部分計画をできるだけ崩さずに計画を作成することができるので、一部の編成の入区時刻が変わる等して一旦作成した計画を部分的に修正したり、計画作成者と対話しながら編成を段階的に追加して計画作成をするといった用途に用いることができる。

本方式を実行するにあたっては、計画対象の編成群を（１）計画を固定するもの、（２）新たに計画を作成するもの、の２種類に分類する必要がある。再計画結果としては既に得られている計画をできるだけ変更しない方が計画担当者への配慮や作業手配等の観点から望ましいと言える。そこで、ステップ３４２０の編成分類処理の結果を利用し、条件違反を含まない編成を（１）計画を固定するもの、条件違反を含む編成を（２）新たに計画を作成するもの、に設定する。こうすることで、条件違反を含む、即ち計画変更が必要な編成だけを対象とした再計画が可能となるので、再計画による変更量を最小限に留めることができる。なお、上記の設定では条件違反を解消できない場合であっても、既出願方式は前述の通り違反解消に関係する部分を特定し、固定計画から段階的に解除することができるため、条件違反のない実行可能な計画を効率良く得ることが可能である。

その後はステップ３４５０へ進み、図２６の構内ダイヤ図表示手段２６１１を介して再計画処理の結果を表示装置２６４０へ構内ダイヤ図形式で出力する。なお、再計画処理の結果、条件違反やユーザ意図を満足できない場合には、該当部分の表示色を赤等の強調色に変化させたり、記号や文字等で表したメッセージを表示する等して担当者が見落としをしないようにその旨を伝達する。

図２７に戻り説明を続ける。再作成処理の後は再びステップ２７４０に戻り、計画担当者が表示装置に描かれた構内ダイヤ図を確認し、その内容を承認するかどうかを判断する。判断の結果、承認の場合にはステップ２７５０へ進み、表示装置に描かれた構内ダイヤ図に対応するワークエリア内の入換計画データを正式な計画として記憶装置に登録して処理を終了する。通常、条件違反やユーザ意図を満足できない場合には、ステップ２７２０からの手動によるダイヤスジ変更、もしくはテップ２７６０からのユーザ意図設定と自動再作成を再び実行することになる。ただし、条件違反等を含んでいても何らかの理由で担当者が妥当と判断した場合にはステップ２７５０以降の終了処理へ進む。

以上で実施例の説明を終える。これにより、手動による計画案変更作業の際に、グラフィック表示された構内ダイヤ図の上で計画担当者が修正したい内容（意図）をマウス等の入力装置を用いて修正したい部分に対して直接的に設定し、その意図を満たしながら条件違反を解消するように再計画を自動的におこなうことができる。自身が着目する部分とその内容をユーザ意図データを介して計算機に伝達すれば、いわば「あとは計算機に任せてしまう」ということができるので、計画案の変更作業で多発する予期しない条件違反を計画担当者が考慮する必要がなくなる。したがって計画担当者に余計な負担をかけることなく計画案の変更作業を効率良く実施することが可能となる。また、計画の自動再作成処理において、初期状態では条件違反を生じた編成のみを再計画対象とし、条件違反を解消することができない場合に限りその他の編成の計画を段階的に解除していくことにより、再計画前と比較して変更量が少ない計画を効率良く得ることができる。

以下では本発明の実施例２について、図面２２、数１２、１３を中心に用いて説明する。本発明の実施例２は、編成のいくつかについては構内入換計画が既に作成済の状態において、残りの編成を段階的に追加しながら計画全体を再作成するものであり、業務当日の列車ダイヤ乱れ等に伴う計画変更や、計画作成者との対話的な計画作成に用いるものである。

本実施の形態の装置構成は、図１に示す第１の実施の形態の装置構成と全く同一であり、入出力データの仕様も全く同一である。第１の実施の形態と異なるのは、構内入換計画作成の全体処理フローであり、この処理の概要を図２２の処理フロー図を用いて以下に説明する。

まずステップ２１１０において、構内入換計画が既に作成されている編成群（Ａとする）の計画を図１の入換計画データ０１２７から読込んでワークエリアに格納する。ステップ２１２０では、まだ計画が作成されていない編成の中から１つを選択して編成群Ｂに加える。なお編成群Ｂは初期状態では空集合である。ステップ２１３０では、編成群Ａの構内入換計画を固定して、そこに追加する形で編成群Ｂの構内入換計画を作成する。この計画作成処理は本発明の実施例１とほとんど同じ方法を用いる。即ち、本発明の実施例１の全体処理を示す処理フロー図（図２）において、入力データである編成データを編成群Ｂに含まれるものだけに制限して処理を実行する。これにより編成群Ｂの構内入換計画が得られるが、編成群Ａの計画を固定するという条件を考慮するために図２のステップ０２３０における入換パターン選択及び時刻決定処理が、本発明の実施例１とは若干異なる。具体的には数理モデルに含まれる制約条件として数１から数１０に他に、以下に示す数１２と数１３を追加する。

ここで、
・Ｊ^*:解生成済のジョブ（編成群Ａ）の集合
・Ｏ^*:解生成済の処理の集合
・Ｏ^*R,Ｏ^*Ｔ:解生成済の移動処理(R)、在線処理(T)の集合
・s^*_i:処理i(O*の要素)の開始時刻（定数）
・e^*_i:処理i(O*の要素)の終了時刻(定数)
・z^*_i:処理i(O*の要素)の割当資源(定数)
である。

数１２の意味は、「在線処理iの割当資源が解生成済の処理i'に割当済ならば、実行時間帯が重ならない。かつ、２つの処理の間に続行時隔（ｑ）以上の間隔をあける。」であり、数１が表す制約条件を編成群Ａと編成群Ｂとの間で定義したものである。

また、数１３の意味は、「（数式１３）の意味は、「移動処理iの割当資源と解生成済の処理i'の割当資源が競合するならば、実行時間帯が重ならない。かつ、２つの処理の間に支障時分（u）以上の間隔をあける。」であり、数２が表す制約条件を編成群Ａと編成群Ｂとの間で定義したものである。

これらの制約式を数理モデルに追加する他は本発明の第１の実施の形態と全く同じである。これにより編成群Ａの計画を固定した状態で、そこに追加する形で編成群Ｂの構内入換計画を作成することができる。

図２１に戻り説明を続ける。編成群Ｂの計画を得た後はステップ２１４０において計画の実行可能性を判定する。実行可能な計画が得られた場合にはステップ２１５０に進み、編成群Ｂに含まれる全ての編成を編成群Ａに追加し、編成群Ｂを空集合とする。これにより、作成した計画がその後の解探索において固定される。その後はステップ２１６０において全ての編成の計画を作成したかどうかを判定する。全ての計画を作成した場合には、計画作成完了として全体処理を終了する。まだ編成が残っている場合には再びステップ２１２０に戻り計画作成を続行する。

ステップ２１４０の実行可能性判定において「実行不可能」と判定した場合にはステップ２１７０に進む。ここでは編成群Ｂの要素数が制限値と等しいかどうかを判定する。判定の結果、制限値を下回っていれば、編成群Ａから編成を１つ取り出して編成群Ｂに加える。これは即ち、固定された計画の一部を解除することを意味する。その後はステップ２１３０に進み計画作成を再試行する。

ステップ２１７０の要素数の判定において、編成群Ｂの要素数が制限値と等しい場合にはステップ２１９０に進む。ここでは、再試行の打ち切り条件を満たすかどうかを判定する。打ち切り条件としては、例えば「全ての編成を計画作成対象の編成群に選択した」等とする。条件を満たす場合は処理を打ち切り、計画作成不能として終了する。再試行の打切り条件に到達しない場合にはステップ２１９５に進み編成群Ｂを空集合にした後に、再びステップ２１２０に戻り計画作成を再試行する。

以上で実施例２の説明を終える。これにより、既に計画が得られている編成の解を固定したままで、残りの編成の計画をそれらに足し込む形で段階的に作成することができる。従来手法も編成を段階的に追加しながら計画を求めていく方法であり、本実施例の処理方法と類似性がある。しかしながら本実施例は、計画作成が途中で失敗した場合には、（１）固定した計画の一部を解除する、（２）他の編成を選択しなおす、のいずれかを行った後に計画作成を続行するので、従来手法のように全てを一旦解除して一から計画作成をやり直す場合と比較すると探索効率が高い。その上可能な組合せを探索する範囲も広いので、途中で探索が失敗する可能性を最小限に抑えることができる。また、これにより既に得られた部分計画をできるだけ崩さずに計画を作成することができるので、一部の編成の入区時刻が変わる等して一旦作成した計画を部分的に修正したり、計画作成者と対話しながら編成を段階的に追加して計画作成をするといった用途に用いることができる。

本発明によれば、編成に対する作業内容と作業前後の留置番線の経由回数から入換手順を分類した入換シーケンスなるデータを用いて計画作成をおこなうことにより、「入区→留置→作業→留置→出区」といった固定的な入換手順に依らずに計画を作成することができる。即ち、(a)初期状態において、各編成に対して必要な作業をもれなく実施でき、かつ入換回数が最小の入換シーケンスを作成し、(b)次にその入換シーケンスに対して各入換の番線と実施時刻を割当てるが、(c)その結果、番線競合等の制約条件の違反が生じる場合には、作業前の留置番線への待機や迂回経路を取るように入換シーケンスを変更して再度計画作成をおこなうものである。なお、上記の入換シーケンスの初期化と変更の各処理においては、車両基地のレイアウト構造を表すネットワーク形式のデータ（車両基地レイアウトネットワーク）を用いることにより、車両基地の物理的な構造（番線、進路のつながりなど）に矛盾しない入換シーケンスを常に得ることができる。

本発明によれば、特許文献１の(ｉ)作業計画決定と(ii)入換スジ決定の2つの処理に相当するものは、上記(b)の「入換シーケンスに対して各入換の番線と実施時刻を割当てる処理」である。題記発明は、この処理をある種のスケジューリング問題として数理モデル化し、その最適解を制約充足問題に対する解探索手法の一種である制約論理プログラミングを適用して算出することにより、編成数が多い場合であっても実用的な時間で計画を作成することができる。即ち、制約論理プログラミングの特徴である、番線や入換時刻に関する決定変数の取り得る値の変化を、関連する制約を介して他の変数に伝えることにより探索領域を効果的に絞り込む「制約伝播」により、膨大な組合せの全てを調べること無しに有効な解を効率的に得るものである。

本発明によれば、入換シーケンスの初期化処理（上記(a)）において、必要な作業をもれなく実施できるように入換シーケンスを初期化することと、その後の入換シーケンス変更処理（上記(c)）では、留置番線への待機や迂回経路を取るように入換シーケンスを変更するだけであり、作業に関する部分には手を加えないことから、複数作業が予定されている編成に対しても適切な入換計画を作成することができる。

本発明は、車両基地内で鉄道車両の検査を行う場合等に利用できる。

本発明の車両基地構内入換計画の機能並びに機器構成を示す図である。 本発明による車両基地構内入換計画の作成手順を示す処理フロー図である。 車両基地のレイアウト構造の例を示す図である。 番線定義データの例を示す図である。 進路定義データの例を示す図である。 車両基地レイアウトネットワークの例を示す図である。 編成データの例を示す図である。 作業定義データの例を示す図である。 作業間の移動パターンの例を示す図である。 入換シーケンスの例を示す図である。 初期シーケンス作成処理の処理フロー図である。 初期シーケンスの作成例を示す図である。 Ｎステップ経由シーケンス作成処理の処理フロー図である。 入換パターン選択及び時刻決定処理の処理フロー図である。 拡張入換シーケンスの例を示す図である。 作成条件データの例を示す図である。 進路競合定義データの例を示す図である。 入換シーケンス変更処理の基本的な考え方を示す処理フロー図である。 入換シーケンス変更処理の実行例を示す図である。 入換シーケンス変更処理の具体的な手順を示す処理フロー図である。 本発明による車両基地構内入換計画の作成手順を示す処理フロー図である。 従来装置における車両基地構内入換計画の作成処理フロー図である。 車両基地構内入換計画の例を示す図である。 車両基地のレイアウト構造の例を示す図である。 編成の入換パターンの例を示す図である。 本発明の車両基地構内入換計画作成装置の機能並びに機器構成を示す図である。 本発明による車両基地構内入換計画の作成手順を示す処理フロー図である。 ダイヤスジの変更操作の例を示す図である。 ユーザ意図データのデータ構造を示す図である。 ユーザ意図「固定指示」の設定操作の例を示す図である。 ユーザ意図「候補指定」の設定操作の例を示す図である。 ユーザ意図「関係指定」の設定操作の例を示す図である。 時刻範囲指定によるユーザ意図の設定操作の例を示す図である。 計画再作成処理の処理フローを示す図である。 車両基地のレイアウト構造の例を示す図である。 構内ダイヤ図の表示例を示す図である。 ダイヤスジの修正とそれに伴う違反発生の例を示す図である。

符号の説明

０１１０ 処理装置
０１１１ 車両基地レイアウトネットワーク作成手段
０１１２ 入換シーケンス初期化手段
０１１３ 入換パターン選択及び時刻決定手段
０１１４ 入換シーケンス変更手段
０１１５ ワークエリア
０１２０ 記憶装置
０１２１ 編成データ
０１２２ 番線定義データ
０１２３ 進路定義データ
０１２４ 進路競合定義データ
０１２５ 作業定義データ
０１２６ 作成条件データ
０１２７ 入換計画データ
０１３０ 入力装置
０１４０ 表示装置
０１５０ 出力装置
０１６０ ネットワーク
２６１０ 処理装置
２６１１ 構内ダイヤ図表示手段
２６１２ 条件違反検出手段
２６１３ ダイヤスジ変更手段
２６１４ ユーザ意図設定手段
２６１５ 計画再作成手段
２６１６ ワークエリア
２６２０ 記憶装置
２６２１ 入換計画データ
２６２２ ユーザ意図データ
２６２３ 基礎データ
２６３０ 入力装置
２６４０ 表示装置
２６５０ 出力装置
２６６０ ネットワーク

Claims (9)

1. 車両の編成が車両基地に入区してから所定の処理を終えて出区するまでの編成の構内入換計画である入換シーケンスを作成する車両基地構内入換シーケンス作成装置において、
   前記所定の処理の内容と当該処理を行う番線とを対応付けた番線定義データ及び前記車両基地内の番線の進路方向について定義した進路定義データから、前記番線を示すノードと前記番線間の進路を示す有向エッジによって規定された車両基地レイアウトネットワークを作成し、メモリに格納する車両基地レイアウトネットワーク作成手段と、
   前記格納された前記車両基地レイアウトネットワークに基づいて、前記編成が前記車両基地に入区してから前記所定の処理を終えて出区するまでに行う処理についての情報と、当該処理に使用可能な番線についての情報とからなる入換パターンを複数有する初期入換シーケンスを前記編成毎に作成し、前記メモリに格納する入換シーケンス初期化手段と、
   前記格納された前記初期入換シーケンスが有する複数の前記入換パターンから特定の前記入換パターンを特定し、特定された入換パターンが有する前記各処理についての情報と、当該処理の実行開始時刻及び実行終了時刻についての情報とから、入換シーケンスを作成し、前記メモリに格納する入替パターン選択及び時刻決定手段と、
   前記作成された入換シーケンスと、他の編成の入換シーケンスとで競合する処理がある場合、当該競合している処理を待つ処理である経由処理を当該競合する処理の前に挿入し前記入換シーケンスを変更する入換シーケンス変更手段とを備えることで、前記構内入換計画を作成することを特徴とする車両基地構内入換シーケンス作成装置。
2. 請求項１に記載の車両基地構内入換シーケンス作成装置において、
   前記構内入換計画の暫定解は、前記番線及び進路の競合を最小化した解であることを特徴とする車両基地構内入換シーケンス作成装置。
3. 請求項１に記載の車両基地構内入換シーケンス作成装置において、
   前記入換シーケンス初期化手段は、前記編成の前記所定の作業を全て実施することができ、かつ前記各作業処理間の経由処理の使用回数が前記車両基地のレイアウト構造の下で最小となる入換シーケンスを作成することを特徴とする車両基地構内入換シーケンス作成装置。
4. 請求項１に記載の車両基地構内入換シーケンス作成装置において、
   前記入替パターン選択及び時刻決定手段は、前記入換シーケンスに番線間の進路移動を追加した拡張入換シーケンスを作成し、前記番線及び進路を資源とし、前記拡張入換シーケンスに含まれる番線在線及び進路移動に対して、それらに割当てる資源と前記資源の実行時刻を決定変数とし、構内入換の物理条件と運用条件を制約条件とし、時間的競合を考慮せず制限なく使用することが可能な資源をバッファ資源とし、前記バッファ資源の使用を最小にすることを目的関数とした数理モデルを作成することを特徴とする車両基地構内入換シーケンス作成装置。
5. 請求項４に記載の車両基地構内入換シーケンス作成装置において、
   前記数理モデルの最適解を、制約論理プログラミングを適用して算出することを特徴とする車両基地構内入換シーケンス作成装置。
6. 請求項１に記載の車両基地構内入換シーケンス作成装置において、
   前記入換シーケンス変更手段は、競合が発生する編成から1つないし複数の編成を選択し、前記編成の入換シーケンスについて競合に関連する経由在線の部分系列を前記車両基地のレイアウト構造の下で変更することを特徴とする車両基地構内入換シーケンス作成装置。
7. 車両の編成が車両基地に入区してから所定の作業を終えて出区するまでの編成の構内入換計画を作成する、コンピュータによる車両基地構内入換シーケンス作成方法において、
   （１）前記コンピュータの処理装置が、前記車両基地の番線を示すノードと前記番線間の進路を示す有向エッジによって規定された車両基地レイアウトネットワークを番線定義データ及び進路定義データより作成し、前記コンピュータのメモリに格納し、
   （２）前記処理装置が、前記編成が前記車両基地に入区してから前記所定の作業を終えて出区するまでに使用可能な作業処理の系列を示す入換シーケンスを、前記メモリ上の前記車両基地レイアウトネットワークに基づいて作成し、前記メモリに格納し、
   （３）前記処理装置が、前記メモリ上の前記入換シーケンスから、前記編成が前記車両基地に入区してから前記所定の作業を終えて出区するまでの一連の作業処理を示す入換パターンを選択すると共に前記入換パターンの各作業処理の実行時刻を決定し、前記構内入換シーケンスの暫定解を作成し、前記メモリに格納し、
   （４）前記処理装置が、前記メモリ上の前記構内入換シーケンスの暫定解に含まれる番線及び進路の競合を解消するように、前記車両基地レイアウトネットワークを用いて前記入換シーケンスを変更して、前記構内入換シーケンスを作成する
   ことを特徴とする車両基地構内入換シーケンス作成方法。
8. 請求項７に記載の車両基地構内入換シーケンス作成方法において、
   前記処理装置が、シーケンス未作成の編成群から1つ選択してシーケンス作成対象の編成群に追加し、計画作成済の編成群のシーケンスを固定して、前記構内入換シーケンスを作成し、
   前記番線及び進路の競合を含まない解が得られた場合には、前記処理装置が、シーケンス作成対象の編成群の全ての編成をシーケンス作成済の編成群に移し、全ての編成のシーケンスを作成するまで、前記構内入換シーケンスを作成し、
   前記番線及び進路の競合を含む解が得られかつシーケンス作成対象の編成数が制限値を下回っている場合には、前記処理装置が、シーケンス作成済の編成群から1つ選択して当該編成のシーケンスをキャンセルし、当該編成をシーケンス作成対象の編成群に追加して、前記構内入換シーケンスを作成し、
   前記番線及び進路の競合を含む解が得られかつシーケンス作成対象の編成数が制限値と等しい場合には、前記処理装置が、終了条件に到達しない場合に限りシーケンス作成対象の編成群を解除して、前記構内入換シーケンスを作成することを特徴とする車両基地構内入換シーケンス作成方法。
9. 車両の編成が車両基地に入区してから所定の作業を終えて出区するまでの編成の構内入換シーケンスを作成する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムにおいて、
   前記所定の作業と当該作業を行う番線とを対応付けた番線定義データ及び前記車両基地内の番線の進路方向について定義した進路定義データから、前記番線を示すノードと前記番線間の進路を示す有向エッジによって規定された車両基地レイアウトネットワークを作成し、メモリに格納する機能と、
   前記格納された前記車両基地レイアウトネットワークに基づいて、前記編成が前記車両基地に入区してから前記所定の作業を終えて出区するまでに行う作業についての情報と、当該作業に使用可能な番線についての情報とからなる複数の入換パターンを有する初期入換シーケンスを作成し、前記メモリに格納する機能と、
   前記格納された前記初期入換シーケンスから当該初期入換シーケンスが有する複数の前記入換パターンを特定する情報と前記入換パターンの前記各処理の実行開始時刻及び実行終了時刻についての情報とから、前記構内入換シーケンスの暫定解を作成し、前記メモリに格納する機能と、
   前記メモリ上の前記構内入換シーケンスの暫定解に含まれる番線及び進路の競合を解消するように、前記車両基地レイアウトネットワークを用いて前記入換シーケンスを変更して、前記構内入換シーケンスを作成する機能とを前記コンピュータに実現させることを
   特徴とするプログラム。

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