JP6047827B2 - 運行制御装置、運行制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、運行制御装置、運行制御方法及び制御プログラムに関する。

鉄道には電気により走行エネルギーを供給するものや燃料を積載し機械的に動力を得るもの、発電して電気で走行するもの等がある。
一般に電気鉄道や新交通システムの電力系統は、商用電源から供給される電力を、変電所において鉄道車両に供給するための電力に変換する。そして鉄道・新交通システムの列車（車両）は、変電所からき電系統を介して供給される電力を動力源として走行する。

一方、列車の運行は、列車の運行制御システムにより、予め設定された運転ダイヤに基づき、走行路を構成する制御が行われる。このとき、現行の鉄道システムでは、列車の運行を遅らせることのないように電力が供給される。例えば、運転ダイヤを増強する場合には変電所設備の増強を行う、き電系統の中で電圧低下の発生しやすい箇所には電力供給機器の補充を行うなど、安定輸送に努めている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

特許第３６０７０４５号公報 特開２０１０−０１１７１１号公報 米国特許第７３９７１４９号明細書

さらに実際の列車運行制御時には、安定輸送を行うことが第一義であり、電力は電力供給システムの設備容量の範囲で列車が必要とする量が使用されることとなり、消費電力量や電力供給システム側の電力供給能力については、あまり考慮することなく列車の運行が管理されていた。
したがって、安定輸送の確保と消費エネルギーの削減との両立を図ることが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、列車に電力を供給して運行するに際して、消費電力量を低減しつつ、運転ダイヤに基づいて安定した列車運行を行うことが可能な運行制御装置、運行制御方法及び制御プログラムを提供する。

実施形態の運行制御装置の列車走行位置取得手段は、列車の走行位置を取得する。
次駅到着計画時刻決定手段は、取得された列車の走行位置に基づいて、列車の次の停車駅における停車時間も考慮して予め設定された運転ダイヤに対応する次の停車駅の到着予定時刻から次の停車駅の発車予定時刻に至る時間内に到着計画時刻を決定する。
これにより、制御出力送出手段は、到着計画時刻に基づいて、制御対象の列車が前記次の停車駅に到着するように運転ダイヤに対応する走行速度よりも列車の走行速度を低下させるための制御出力を算出し、送出する。

図１は、実施形態の電気鉄道システムの概要構成図である。 図２は、第１実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。 図３は、次駅到着計画時刻の決定の説明図である。 図４は、発車計画時刻の決定の説明図である。 図５は、実施形態の概要動作処理フローチャートである。 図６は、実施形態の概要動作説明図である。 図７は、実施形態の詳細動作説明図である。 図８は、列車走行位置時間目標設定及び制御出力送出処理のフローチャートである。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、実施形態の電気鉄道システムの概要構成図である。
電気鉄道システム１０は、列車群を構成する各列車１１に供給する電力を管理する電力管理装置１２と、電力管理装置１２の管理下で、列車１１に電力を供給する鉄道電力供給システム１３と、列車１１の運行管理を行う運行管理装置１４と、列車１１の在線位置の検出や、線路の分岐制御を行って運行管理装置１４の運行支援を行う運行支援装置群１５と、電力管理装置１２及び運行管理装置１４を連携させて輸送管理を行う輸送管理装置１６と、を備えている。この場合において、列車１１の概念には、単独で走行している車両（例えば、電車や電気機関車等）も含むものとする。

電力管理装置１２は、輸送管理装置１６からの電力要求（デマンド）を監視するデマンド監視部２１および電力の需給制御を行う電力需給制御部２２を備えている。
鉄道電力供給システム１３は、外部の電源からの電力の供給を受けて列車１１に供給する。このため、変電所２５Ａ、２５Ｂ、蓄電／給電スタンド２６を備えており、列車１１に対してトロリー線２７及び線路２８を介して電力を供給する。

ここで、変電所２５Ａ、２５Ｂには、電源からの電力を鉄道車両走行用電力に変換するための電力変換器（電力変換手段）が設置される場合が多い。また、蓄電器（蓄電手段）及びこの蓄電器に電力を蓄え、あるいは、電力を放出させる充放電制御器（充放電制御手段）を設けることも可能である。
また、蓄電／給電スタンド２６は、変電所２５Ａ、２５Ｂにおける電力変換器に代えて、蓄電器（蓄電手段）を有している。
この場合において、電力管理装置１２と、鉄道電力供給システム１３とは、通信ネットワーク２９を介して接続されている。

鉄道電力供給システム１３に電力を供給する電源としては、商用系統を用いる場合の他、太陽光、風力等の自然エネルギーを用いたマイクログリッドを構成したり、外部のマイクログリッドから電力の供給を受けるようにしたりしてもよい。これらの場合には、マイクログリッドの監視制御装置を設ける。
運行管理装置１４は、主として、図示しない地上の運行管理センタに設けられている。
運行管理装置１４は、複数の列車１１で構成される列車群を制御する列車群運行制御部３５を備えている。そして運行管理装置１４は、通信ネットワーク３１を介して、運行管理システム１５に接続され、運行管理システム１５を構成する複数の拠点装置３２を制御する。

運行支援装置群１５は、複数の拠点装置３２と、拠点装置３２に接続された分岐装置３３や在線検知装置３４と、を有している。
分岐装置３３は、列車１１の走行路を構成する線路の分岐点における分岐制御を行う。
在線検知装置３４は、列車１１が所定の線路範囲内に存在することを検出する。
また、運行管理装置１４は、通信ネットワーク３１を介して、分岐装置３３に対応する拠点装置３２に対し、対応する分岐装置３３の制御の指令を行う。これにより、拠点装置３２は、対応する分岐装置３３を制御して、走行路を構成する。
そして、運行管理装置１４は、在線検知装置３４により検出した列車の在線区間情報を拠点装置３２を介して取得し、地上伝送装置４１、無線通信ネットワーク４２及び車上伝送装置４３を介して、列車１１に制御信号を送信して、鉄道電力供給システム１３から電力が供給されている列車１１の走行制御を行う。

図２は、第１実施形態の電気鉄道システムの機能ブロック図である。
電気鉄道システム１０は、大別すると、エネルギー使用計画機能部Ｆ１、輸送再計画機能部Ｆ２、電力供給計画機能部Ｆ３、列車群運行制御機能部Ｆ４、変電所制御機能部Ｆ５及び列車運転制御機能部Ｆ６を備えている。
エネルギー使用計画機能部Ｆ１は、輸送管理装置１６もしくは電力管理装置１２により実現される機能であり、電気鉄道システム１０全体の総消費電力量を設定し、運転ダイヤＴＤに基づいて電力需給計画を作成し、電力供給と列車運行を連携して管理する。

ここで、総消費電力量は、輸送需要に対して、使用する車両の駆動特性や補機の特性、電力供給システムの損失などを考慮して、必要な電力量として予め設定される。また、総消費電力量は、例えば、電力会社と鉄道・新交通事業者で決めた契約電力量の一日分に相当する値を設定することもできる。さらに、単位時間電力量で設定する、時間帯により設定値を予め変えて設定する、途中で設定を変更することも可能である。

また、総消費電力量は、電力量及び電力値の双方を用いて設定したり、電力量に代えて、電力値として設定することも可能である。
さらにスマートグリッドからデマンドレスポンスの要請がある場合には、その規制値を設定することも可能である。
なお、総電力消費量の低減の必要のない場合には、十分大きい値を設定しておくことも可能である。

輸送再計画機能部Ｆ２は、輸送管理装置１６もしくは運行管理装置１４により実現される機能であり、列車毎に省エネルギーに配慮した省エネ運転曲線を作成し、省エネルギーに配慮した運転ダイヤ（省エネ運転ダイヤ）を作成する。
省エネ運転曲線及び省エネ運転ダイヤの作成に当たっては、電車の接続などの利便性、列車遅延に対する余裕、電力の融通性、車両運用及び乗務員運用との整合性が図られる。
また、省エネ運転ダイヤの作成に当たっては、力行−回生マッチングを考慮している。
したがって、省エネ運転曲線のリアルタイム制御においては、列車の速度をいかに低く抑えるかに基づいてエネルギー低減を図っている。このため、駅停車時間等の余裕時間及び列車の遅延時間の大きさ等に基づいて省エネ運転曲線のリアルタイム制御を行っている。

電力供給計画機能部Ｆ３は、輸送管理装置１６もしくは電力管理装置１２により実現される機能であり、輸送再計画機能部Ｆ２から入力される省エネ運転曲線及び省エネ運転ダイヤに基づくとともに、発電所、変電所の変換器や蓄電装置、自然エネルギーによる発電機といった電力供給機能を実現する機器における発電量を予測し、消費エネルギー削減並びに電力及び電力量の需給余裕ができるように系統連系目標値を作成する。
また、変電所の送り出し電圧設定値を決定する。そして、変電所制御機能部Ｆ５に対して送り出し電圧設定値を出力する。

列車群運行制御機能部Ｆ４は、運行管理装置１４により実現される機能であり、輸送再計画機能部Ｆ２から入力される運転ダイヤ及び運転操作情報、電力供給計画機能部Ｆ３から入力される輸送目標値及び消費エネルギー目標値、列車運転制御機能部Ｆ６から入力される列車走行位置及びエネルギー消費量実績値、電力会社等の要請に基づく電力緊急制限指令、保守あるいは事故による変電所の停止、あるいは外乱（事故停車、出発抑止、臨時速度制限、ラッシュ時遅延等）等に基づいて、列車毎の制御モード判定、運転ダイヤ変更、列車走行位置時間目標の決定、停止限界位置算出、電力消費量監視等を行う。

そして、制御対象の列車に対し、当該列車が駅停車中であるか、あるいは、走行中であるかに基づいて、以下の制御を行う。
列車が駅停車中である場合には、位置は確定しているため、列車走行位置時間目標として、発車時刻（発車時分）、停止限界位置及びエネルギー消費量目標値等を出力する。また、列車走行位置時間目標値として、次駅停車位置と時刻を出力する。

また列車が走行中である場合には、列車走行位置時間目標値として、次駅停車位置と時刻、停止限界位置及びエネルギー消費量実績値等を出力の見直しをする。
これらの列車走行位置時間目標は、輸送再計画機能部Ｆ２から入力された運転ダイヤに基づいて決定される。

また、停止限界位置については、後述するように、列車の位置情報と、その他の安全確保上の情報に基づいて算出する。

変電所制御機能部Ｆ５は、変電所２５Ａ、２５Ｂの図示しない制御装置により実現される機能であり、電力供給計画機能部Ｆ３から入力される送り出し電圧設定値に基づいて、送り出し電圧のスケジュール制御を行う。

列車運転制御機能部Ｆ６は、列車に搭載されている走行制御部３６により実現される機能であり、列車群運行制御機能部Ｆ４から入力される列車走行位置時間目標、停止限界位置、エネルギー消費量目標値に基づいて運転曲線を変更し、あるいは、運転操作タイミングを変更する。この列車運転制御機能部Ｆ６については、必ずしも全て自動で行う必要はなく、自動化できない部分について運転士が運転操作を行うようにしても良い。その際、運転士に対して速度や時刻、エネルギーなどの運転情報を与える運転支援装置を使用することも可能である。なお、運転訓練中においては、運転支援装置に代えて、運転訓練装置として、運転士に対して速度や時刻、エネルギーなどの運転情報を与えるようにしてもよい。

ここで、列車群運行制御機能部Ｆ４の機能についてより詳細に説明する。
本実施形態の列車群運行制御機能部Ｆ４は、制御モード判定機能Ｆ４１、ダイヤ変更機能Ｆ４２、列車走行位置時間目標決定機能Ｆ４３、停止限界位置算出機能Ｆ４４及び電力消費量監視機能Ｆ４５を備えている。

まず制御モード判定機能Ｆ４１について説明する。
制御モード判定機能Ｆ４１で判定される列車運行制御モードとしては、以下の平常時モードＭ１、ラッシュ時遅延モードＭ２、変電所停止モードＭ３、運転支障発生時モードＭ４及び電力使用制限時モードＭ５の五つのモードがある。
そして、制御モード判定機能Ｆ４１は、所定の制御処理周期ごとに列車運行制御モードを判断し、それぞれの列車運行制御モードにしたがって列車運行制御を行う。

以下、各モードについて詳細に説明する。
平常時モードＭ１は、考慮すべき走行遅延や電力使用制限などがない状態のモードである。この平常時モードＭ１においては、所定の輸送計画に基づいて走行しつつ、省エネルギーを図っている。その際、各列車の次駅到着時刻を適切に設定し、駅間走行速度の低減によるエネルギー節約運転にも努める。

この平常時モードＭ１に移行する条件（モード入条件）としては、着・発の計画運転ダイヤからのずれが設定値以内となっていることである。また、平常時モードＭ１から抜ける条件（モード出条件）は、着・発の計画運転ダイヤからの実際の着時刻あるいは発時刻のずれが設定値を超えている場合である。

ラッシュ時遅延モードＭ２は、ラッシュ時の慢性的な輸送障害に対するモードである。
遅延が発生し始めたら、計画ダイヤでなく予め計画したラッシュ時用ダイヤ、例えば等間隔平行ダイヤになるよう走行させる。なお、必要に応じて、無ダイヤモードによる制御もなされる。このラッシュ時遅延モードＭ２に移行する条件としては、設定駅での設定本数以上の連続遅延が発生していることである。また、ラッシュ時遅延モードＭ２から抜ける条件（モード出条件）は、平常時モードＭ１へ移行する条件が満たされた場合、すなわち、着・発の計画運転ダイヤからのずれが設定値以内となっている場合である。

変電所停止モードＭ３は、保守作業などのために、通常運用の範囲で変電所を停止して列車運行を継続する場合のモードである。一定の速度制限・ノッチ制限を課す。この変電所停止モードＭ３に移行する条件としては、設定した変電所の運用停止が発生した場合である。また、変電所停止モードＭ３から抜ける条件（モード出条件）は、設定した変電所の運用停止が解消した場合である。

運転支障発生時モードＭ４は、運転支障発生時に一時的に切り替え、平常に戻すためのモードである。状況に応じ、個別の制御を実施する。この運転支障発生時モードＭ４に移行する条件としては、平常時モードＭ１、ラッシュ時遅延モードＭ２、変電所停止モードＭ３及び電力使用制限時モードＭ５のいずれのモードへの移行条件（モード入条件）も満たしていない場合である。

また、運転支障発生時モードＭ４から抜ける条件（モード出条件）は、平常時モードＭ１、ラッシュ時遅延モードＭ２、変電所停止モードＭ３あるいは電力使用制限時モードＭ５のいずれかのモードへの移行条件（モード入条件）が満たされた場合である。

電力使用制限時モードＭ５は、緊急の電力使用削減要求に対応するモードである。
各列車に、エネルギー消費量低減のための走行速度の制限や出力抑制のための使用ノッチ制限を設定する。この電力使用制限時モードＭ５に移行する条件（モード入条件）としては、電力使用制限が課された場合である。また、電力使用制限時モードＭ５から抜ける条件（モード出条件）は、電力使用制限が解除された場合である。

ダイヤ変更機能Ｆ４２は、前日もしくは当日の実施ダイヤ計画以降に大きな電力使用制限などが発生した場合に、ダイヤを変更する機能である。

次に、列車走行位置時間目標決定機能Ｆ４３について説明する。
列車走行位置時間目標決定機能Ｆ４３においては、列車運行制御モードにしたがい、全列車の運行をリアルタイムに制御するための列車の目標とする位置及び当該位置に到達すべき時刻を決定する。

より詳細には、平常時モードＭ１においては、列車走行位置時間目標決定機能Ｆ４３は、各列車の運行状況を把握する運行状況把握機能Ｆ４３１、各列車の走行モードを決定する走行モード決定機能Ｆ４３２及び各列車の走行位置時間目標を決定する走行位置時間目標決定機能Ｆ４３３を実現する。

ここで、走行モードとは、列車の走行方法を規定するものである。
走行モードには、早着モードＭ１１、定刻モードＭ１２、省エネモードＭ１３及び速度固定モードＭ１４の四つのモードがある。
これらの走行モードＭ１１〜Ｍ１４は、平常時モードＭ１以外のモードにおいても使用している。

まず、運行状況把握機能Ｆ４３１について説明する。
運行状況把握機能Ｆ４３１は、各列車の運行状況について、各列車から定期的に送信される列車の位置情報、列車の速度情報に基づいて管理を行っている。
具体的には、各列車の走行する経路（番線含む）、進行方向、位置（先端・尾端、緯度経度もしくはキロ程）、速度に基づいて管理を行う。

そして、運行管理システムの運行監視機能で、軌道回路により全列車のトラッキングを行っている場合は、これと列車から送信されるキロ程などの位置情報を組み合わせる。なお、少なくとも、軌道回路情報が取得できれば運行状況を最低限把握可能である。

そして、各列車の計画の時刻対位置情報は予め準備しておき、これと実績値との差異を算出する。
算出した実績値との差異の大きさにより、各列車の運行状況を次のように判断する。

・定刻（オンタイム）
・次駅到着までに回復できる程度の遅れあり
・延着（延発）あり(平常時モード内／外)
・早着（早発）あり（平常時モード内／外)

次に走行モード決定機能Ｆ４３２について説明する。
［本実施形態における走行モードとしては、早着モードＭ１１、定刻モードＭ１２、省エネモードＭ１３及び速度固定モードＭ１４がある。］
早着モードＭ１１は、小規模な遅延回復モードと考えることができる走行モードである。また、回生電力融通促進を列車群運行制御機能部Ｆ４側（運行管理装置１４側）で実施する場合には、回生電力融通促進を促すことを目的として使用することも可能である。

定刻モードＭ１２は、運転ダイヤを優先して走行を行う走行モードである。
省エネモードＭ１３は、列車運行制御に際して一般的に使用する走行モードである。
速度固定（速度制限）モードＭ１４は、電力使用量制限時に使用する走行モードである。
速度固定モードＭ１４においては、電力出力抑制のために、ノッチ制限が適用されることもある。なお、ノッチ制限が適用される場合であっても、遅れている列車に対してはノッチ制限を適用していない。

次に走行位置時間目標決定機能Ｆ４３３について説明する。
走行位置時間目標決定機能Ｆ４３３においては、対象となる列車１１に対して、その状態（駅停車中あるいは走行中）により、以下を与える。

まず、列車１１が駅停車中である場合には、当該列車１１に対して、列車走行位置時間目標として、発車時刻（運転ダイヤ上の発時刻とは異なる。なお、位置は確定しているため、時刻のみ与える)、停止限界位置、エネルギー消費量目標値等を与える。また、次駅停車位置と時刻を与える。

また、列車１１が走行中である場合には、当該列車１１に対して、列車走行位置時間目標としての見直しを行い、次駅停車位置と時刻（運転ダイヤ上の着時刻とは異なる）、停止限界位置、エネルギー消費量目標値等を与える。

ところで、走行位置時間目標は、運転ダイヤを基準に決定することとなる。
より詳細には、平常時モードＭ１においては、各列車の運行状況にしたがい、各走行モードＭ１１〜Ｍ１４に対し、次駅到着計画時刻及び発車計画時刻をそれぞれ決定する。

ここで、次駅到着計画時刻及び発車計画時刻の決定について説明する。
図３は、次駅到着計画時刻の決定の説明図である。
早着モードＭ１１においては、図３（ａ）に示すように、目的とする次駅において、時、分及び秒単位で規定される運転ダイヤ上の到着時刻ＴＤＡよりも到着時用の所定の設定時間ｔＰＡだけ早く駅到着計画時刻ＴＡを設定する。
具体的には、運転ダイヤ上の到着時刻ＴＤＡが、例えば、「８時２５分３０秒」であった場合に、設定時間ｔＰＡが２０秒であれば、駅到着計画時刻ＴＡを「８時２５分１０秒」に設定する。

定刻モードＭ１２においては、図３（ｂ）に示すように、時、分及び秒単位で規定される運転ダイヤ上の到着時刻ＴＤＡを次駅における駅到着計画時刻ＴＡとして設定する。

省エネモードＭ１３においては、図３（ｃ）に示すように、時、分及び秒単位で規定される運転ダイヤ上の出発時刻ＴＤＳに対して、当該駅において、最小限停車していなければならない時間（例えば、顧客の車両への乗降のために最低限必要とされる最小客扱い時間）を差し引いた時刻を次駅における駅到着計画時刻ＴＡとして設定する。
これにより、運転ダイヤ上の到着時刻ＴＤＡよりも遅く当該駅に到着することとなり、駅間走行中の列車走行速度が低減され、省エネルギーが図れる。

具体的には、例えば、運転ダイヤ上のある駅における列車の到着時刻が「９時１２分３５秒」であり、出発時刻が「９時１３分２０秒」であり、当該駅における当該時間帯の最小客扱い時間が４０秒であった場合には、当該列車の到着予定時刻を「９時１３分２０秒」の４０秒前の「９時１２分５０秒」とする。

この結果、運転ダイヤ上の当該駅の到着時刻「９時１２分３５秒」と、実際に列車を到着させる「９時１２分５０秒」と、の差である「１５秒」を当該列車の前駅から当該駅までの走行時間に割り当てることができ、ひいては、車両の走行速度あるいは加減速度を低下させることができ、省エネを図ることが可能となる。
このように構成することにより、省エネモードにおいては、乗客に列車が定刻通りに動いていると認識させることができるにも関わらず、省エネを図ることができる。

速度固定モードＭ１４においては、列車の最高速度を固定し（通常、運転ダイヤ上の最高速度より低く設定）、運転ダイヤ上の当該駅の到着時刻ＴＤＡを考慮することなく、固定された最高速度にしたがって到着可能な時刻を駅到着計画時刻ＴＡとする。
この結果、複数の列車において、同時にこの速度固定モードを適用することで、複数の列車全体で大きく消費電力と消費エネルギーとを低減させることができ、電力使用制限時等に有効となる。

図４は、発車計画時刻の決定の説明図である。

早着モードＭ１１においては、図４（ａ）に示すように、運転ダイヤ上の到着時刻よりも目的とする駅に早く着いているので、時、分、秒単位で規定される運転ダイヤ上の出発時刻ＴＤＳに対して時、分及び秒単位で規定される運転ダイヤ上の出発時刻ＴＤＳよりも発射時用の所定の設定時間ｔＰＳだけ早く発車計画時刻ＴＳを設定する。
具体的には、運転ダイヤ上の出発時刻ＴＤＳが、例えば、「８時２５分３０秒」であった場合に、発車計画時刻ＴＳを「８時２５分０秒」に設定する。

定刻モードＭ１２においては、図４（ｂ）に示すように、時、分、秒単位で規定される運転ダイヤ上の出発時刻ＴＤＳを発車計画時刻ＴＳに設定する。

省エネモードＭ１３においては、図４（ｃ）に示すように、時、分、秒単位で規定される運転ダイヤ上の出発時刻ＴＤＳに対して時、分及び秒単位で規定される運転ダイヤ上の出発時刻ＴＤＳよりも発車時用の所定の設定時間ｔＰＳだけ早く発車計画時刻ＴＳを設定する。

例えば、運転ダイヤ上の駅における列車１１の発車時刻が「９時１２分２０秒」であり、所定の設定時間ｔＰＳが１０秒である場合には、当該列車の発車計画時刻ＴＳを、「９時１２分１０秒」とする。なお、上述の例の場合、所定の設定時間ｔＰＳを２０秒と設定することにより、駅時刻表における列車１１の発車時刻が「９時１２分」であり、見かけ上、元の発車時刻と同一の時刻に発車させることで、乗客に列車が定刻通りに動いていると認識させることができるにも関わらず、より一層の省エネを図ることができる。

この結果、設定時間ｔＰＳ、上記例の場合、「１０秒」を当該列車１１の駅間の走行時間に割り当てることができひいては、車両の走行速度あるいは加減速度を低下させることができ、省エネを図ることが可能となる。

速度固定モードＭ１４においては、列車の最高速度を固定しているので（通常、運転ダイヤ上の最高速度より低く設定）、駅における乗客の乗降等に要する最小停車時間ｔｍｉｎを確保するために、時、分、秒単位で規定される運転ダイヤ上の出発時刻ＴＤＳを無視して、実際の到着時刻に対して、最小停車時間ｔｍｉｎを加算した時刻を発車計画時刻ＴＳとする。
この結果、複数の列車において、同時にこの速度固定モードを適用することで、複数の列車全体で大きく消費電力と消費エネルギーとを低減させることができ、電力使用制限時等に有効となる。

次に停止限界位置算出機能Ｆ４４について説明する。
停止限界位置については、列車間の間隔制御及び停止限界位置過走防止制御を考慮して算出するものとする。
停止限界位置の算出において、列車間の間隔制御は以下のように考慮する。

列車位置（後続，ｔ＋Δｔ）≦列車位置（先行，ｔ）−保安距離（後続，ｔ）
保安距離：後続停止距離＋位置余裕距離＋位置検出誤差
もしくは
先行列車の停止距離−後続列車の停止距離＋位置余裕距離＋位置検出誤差
である。

また、停止限界位置の算出において、停止限界位置過走防止制御は以下のように考慮する。
列車位置（ｎ，ｔ＋Δｔ）≦停止限界位置―保安距離（ｎ，ｔ）

次に電力消費量監視機能Ｆ４５について説明する。
各列車１１の実際の消費量は、列車１１の走行制御部３６から実績値が通知されるので、複数の列車１１全体である列車群全体について実際の電力消費量を監視することとなる。

次に実施形態における概要動作を説明する。
図５は、実施形態の概要動作処理フローチャートである。
図６は、実施形態の概要動作説明図である。
まず、地上装置である運行管理装置１４の列車群運行制御部３５は、列車１１毎の列車運行状態及び混雑度を検知する（ステップＳ１１）。
ここで、列車運行状態については、列車１１の走行制御部３６から地上伝送装置４１及び拠点装置３２を介して通知される実際の列車の現在地、走行速度等及び運転ダイヤに対応する列車の予定位置、予定走行速度などに基づいて算出する。

また、混雑度については、車両に搭載された応加重装置により測定された乗客の重さ（重量）から標準体重などを用いて推定する。
運転ダイヤの実績値に基づき遅れの状況から判断することも可能である。
次に列車群運行制御部３５は、対象となる列車の駅間の走行所用時間を推定する（ステップＳ１２）。
走行所要時間は、駅間の距離、勾配、機関車の駆動能力等に基づいて推定する。

続いて列車群運行制御部３５は、対象としている列車１１の次に到着する駅における余裕時間を推定する（ステップＳ１３）。ここで、余裕時間とは、次に到着する駅において、乗客の乗降等のために最低限停車していなければならない時間以外の時間であって、駅時刻表における列車発車時刻（時分で規定される）に影響を与えずに自由に使える時間である。

続いて運行管理装置１４の列車群運行制御部３５は、発着時刻を調整し、列車１１の車上装置である走行制御部３６へ発着時刻調整結果を通知する（ステップＳ１４）。
これにより、列車１１の車上装置である走行制御部３６は、走行速度あるいは加減速度を低減して省エネを図ることとなる（ステップＳ１５）。

以上の説明のように、本実施形態によれば、列車の利用者が走行時間の変更を意識しない範囲で列車の発着時刻を調整することにより、運行の乱れを招くこともなく、リアルタイムで列車の走行エネルギーの削減を図ることができる。
また消費電力量が制限された場合でも、より容易に追従させることが出来る。
また遅延発生時には、消費エネルギーと駅到着遅れについてバランスのとれた制御を自動的に行える。

次に実施形態の詳細動作について説明する。
図７は、実施形態の詳細動作説明図である。
まず、始業前（通常、前日）に輸送管理装置１６は、予め与えられた運転ダイヤ及び電力供給計画を読み込む（ステップＳ２１）。
そして、輸送管理装置１６は、予め与えられた運転ダイヤＴＤに基づく列車走行計画と、自然エネルギー電源の発電予測結果と、駅などの付帯設備の電力需要予測結果と、に基づいて、始業前再計画を策定する（ステップＳ２２）。

より詳細には、輸送管理装置１６は、天候の予測結果（＝天気予報情報の入力）に基づき過去の実績データから類似度検索を行い、翌日の天候の予測結果に適当な自然エネルギー電源の発電量を３０分単位の電力量で予測したり、入力された近隣のイベント情報などを用いて駅などの付帯設備の電力需要を３０分単位の電力量で予測したりする。そして、輸送管理装置１６は、予測した輸送需要、発電量及び電力需要を考慮して、蓄電装置の充放電制御方法や各変電所の送り出し電圧などのパラメータ（電力設定値）を決定する。

これにより、始業後には（ステップＳ２３）、運行管理装置１４は、電力設定値の変更を確認する（ステップＳ２４）。
そして、運行管理装置１４の列車群運行制御部３５は、列車群の運行の制御を開始する。これにより各列車１１の走行制御部３６は、それぞれに対応する列車１１の走行制御を行う。

列車群の運行制御の開始とともに、列車群運行制御部３５は、列車位置、変電所電力量などの実績値を取り込む（ステップＳ２５）。
続いて、列車群運行制御部３５は、実際の発電情報や電力需給情報、列車の走行情報に基づき、列車群運行制御を行うに先だって、停止限界位置を設定し（ステップＳ２６）、列車１１毎に列車走行位置時間目標を設定し（ステップＳ２７）、拠点装置３２及び４１を介して、各列車１１の走行制御部３６に対して、列車到達位置、列車到達時刻及びエネルギー消費量目標値を制御出力として送出する（ステップＳ２８）。

図８は、列車走行位置時間目標設定及び制御出力送出処理のフローチャートである。
列車群運行制御部３５は、各列車１１の位置・速度情報及び各列車の現在の走行モードを取得する（ステップＳ３１）。
これにより、列車群運行制御部３５は、各列車の運行状況を把握する（ステップＳ３２）。

そして列車群運行制御部３５は、各列車の運行状況に基づいて以降の各列車の走行モードを決定する（ステップＳ３３）。
続いて列車群運行制御部３５は、決定した各列車の走行モードに基づいて、次回の各列車の走行位置時間目標を設定する（ステップＳ３４）。

各列車に与える列車走行一時間目標と制限速度の情報や運転操作データ等は、上述した評価関数と制約条件により定式化され、一般的な最適化問題の解法により決定することができる。また、最適化計算でなく、ロジック化して決定することも可能である。この際、算出は、例えば１００ｍｓといった定周期で行う方法や、駅出発のたびに次駅までの走行方法を規定するといった方法など、対象とする鉄道・新交通システムの特徴に合わせて決定することができる。

そして、列車群運行制御部３５は、各列車の走行位置時間目標及びエネルギー消費量目標値を送信する（ステップＳ３５）。
これらにより各列車１１の列車走行制御部３６は、それぞれに対応する列車１１の走行制御を行う。なお、列車走行位置目標の設定に際しては、必要に応じて、き電系統の供給電圧等の計算も行う。

そして、列車群運行制御部３５は、送出した制御出力を記録する（ステップＳ２９）。
続いて、列車群運行制御部３５は、終業に至ったか否かを判別する（ステップＳ３０）。

ステップＳ３０の判別において、終業に至っていない場合には（ステップＳ３０；Ｎｏ）、処理を再びステップＳ２４に移行して、以下、同様の処理を繰り返すこととなる。
ステップＳ３０の判別において、終業に至った場合には（ステップＳ３０；Ｙｅｓ）、処理を終了する。

以上の説明のように、本実施形態によれば、計画した運転ダイヤを利用者側の観点（例えば、駅時刻表の観点）から変更することなく、列車運行の省エネ化を図ることが可能となる。
また、電気鉄道システムに対し、消費電力量の削減要請が課せられた場合にも、運転ダイヤの許容範囲内で、さらなる省エネ化を図ることが可能となる。

以上の説明においては、輸送管理装置と、電力管理装置と、運行管理装置と、を別の装置として構成していたが、輸送管理装置と電力管理装置の二つの装置の機能を持った装置、輸送管理装置と運行管理装置の二つの装置の機能を持った装置、あるいは、三つの装置の機能を持った装置、のいずれかとして一体の装置として構成することも可能である。

以上の説明においては、輸送管理装置１６、電力管理装置１２及び運行管理装置１４の構成については、詳細に述べなかったが、これらの装置は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
また、上記各実施形態の輸送管理装置で実行される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、上記各実施形態の輸送管理装置で実行される制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、上記各実施形態の輸送管理装置で実行される制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、上記各実施形態の輸送管理装置の制御プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 電気鉄道システム
１１ 列車
１２ 電力管理装置
１３ 鉄道電力供給システム
１４ 運行管理装置（運行制御装置）
１５ 運行管理システム
１６ 輸送管理装置
２１ デマンド監視部
２２ 電力需給制御部
２５Ａ 変電所
２６ 給電スタンド
２７ トロリー線
２８ 線路
２９ 通信ネットワーク
３１ 通信ネットワーク
３２ 拠点装置
３３ 分岐装置
３４ 在線検知装置
３５ 列車群運行制御部（運行制御装置）
３６ 走行制御部
３６ 列車走行制御部
４１ 地上伝送装置
４２ 無線通信ネットワーク
４３ 車上伝送装置
Ｆ１ エネルギー使用計画機能部
Ｆ２ 輸送再計画機能部
Ｆ３ 電力供給計画機能部
Ｆ４ 列車群運行制御機能部
Ｆ４１ 制御モード判定機能
Ｆ４２ ダイヤ変更機能
Ｆ４３ 列車走行位置時間目標決定機能
Ｆ４３１ 運行状況把握機能
Ｆ４３２ 走行モード決定機能
Ｆ４３３ 走行位置時間目標決定機能
Ｆ４４ 停止限界位置算出機能
Ｆ４５ 電力消費量監視機能
Ｆ５ 変電所制御機能部
Ｆ６ 列車運転制御機能部
Ｍ１ 平常時モード
Ｍ２ ラッシュ時遅延モード
Ｍ３ 変電所停止モード
Ｍ４ 運転支障発生時モード
Ｍ５ 電力使用制限時モード
Ｍ１１ 早着モード
Ｍ１２ 定刻モード
Ｍ１３ 省エネモード
Ｍ１４ 速度固定モード
ＴＡ 駅到着計画時刻
ＴＤＡ 到着時刻
ＴＤＳ 出発時刻
ＴＳ 発車計画時刻
ｔＰＡ 設定時間
ｔＰＳ 設定時間
ｔｍｉｎ 最小停車時間

Claims (10)

1. 列車の走行位置を取得する列車走行位置取得手段と、
   取得された列車の走行位置に基づいて、前記列車の次駅の到着計画時刻を決定する次駅到着計画時刻決定手段と、
   前記列車の走行制御を行うための制御出力を送出する制御出力送出手段と、を有し、
   前記次駅到着計画時刻決定手段は、前記列車の次の停車駅における停車時間も考慮して予め設定された運転ダイヤに対応する前記次の停車駅の到着予定時刻から前記次の停車駅の発車予定時刻に至る時間内に前記到着計画時刻を決定し、
   前記制御出力送出手段は、前記到着計画時刻に基づいて、制御対象の列車が前記次の停車駅に到着するように前記運転ダイヤに対応する走行速度よりも前記列車の走行速度を低下させるための前記制御出力を算出する、
   運行制御装置。
2. 前記停車時間は、最小客扱い時間を含んで設定されている、
   請求項１記載の運行制御装置。
3. 前記運行制御手段は、前記運転ダイヤに対応する前記次の停車駅の前記発車予定時刻から前記最小客扱い時間前の時刻までに当該停車駅に到着するように制御する、
   請求項２記載の運行制御装置。
4. 前記運行制御手段は、前記列車の運行時の位置情報に基づいて当該列車の走行速度あるいは加減速度を制御すべく前記走行制御を行う、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の運行制御装置。
5. 前記運行制御手段は、現在の停車駅から前記次の停車駅に至る走行所要時間を推定し、走行所要時間推定値を出力する走行所要時間推定手段と、
   前記次の停車駅における余裕時間を推定し、余裕時間推定値を出力する余裕時間推定手段と、
   前記走行所要時間推定値及び前記余裕時間推定値に基づいて前記走行速度を調整する走行速度調整手段と、を備えた、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の運行制御装置。
6. 列車の複数の走行モードにそれぞれ対応して列車の走行制御を行う運行制御装置であって、
   前記列車の走行モードとして運転ダイヤ上の次の停車駅の出発時刻に対して最少客扱い時間に基づいて決めた時刻を前記次の停車駅の到着予定時刻として設定する省エネモードを備え、
   前記走行モードを決定する走行モード決定手段と、
   列車の走行位置を取得する列車走行位置取得手段と、
   取得された列車の走行位置及び決定された前記走行モードに基づいて前記列車の次駅の到着計画時刻を決定する次駅到着計画時刻決定手段と、
   前記列車の走行制御を行うための制御出力を送出する制御出力送出手段と、を有し、
   前記次駅到着計画時刻決定手段は、前記次の停車駅の到着予定時刻から前記次の停車駅の発車予定時刻に至る時間内に前記到着計画時刻を決定し、
   前記制御出力送出手段は、前記到着計画時刻に基づいて、制御対象の列車が前記次の停車駅に到着するように前記列車の走行速度を低下させるための前記制御出力を算出する、
   運行制御装置。
7. 前記列車の走行モードとして運転ダイヤ上の次の停車駅の到着時刻に対して所定の設定時間を差し引いた時刻を前記次の停車駅の到着予定時刻として設定する早着モードを備えた、
   請求項６記載の運行制御装置。
8. 前記列車の走行モードとして前記列車の最高速度を固定し、当該固定した最高速度で次の停車駅まで走行した場合の到着時刻を前記次の停車駅の到着予定時刻として設定する速度固定モードを備えた、
   請求項６又は請求項７記載の運行制御装置。
9. 列車群を構成する複数の列車の運行制御を行う運行制御装置において実行される運行制御方法であって、
   前記列車から当該列車の走行位置を取得する過程と、
   取得された列車の走行位置に基づいて、前記列車の次駅の到着計画時刻を決定する過程と、
   前記列車の次の停車駅における停車時間も考慮して予め設定された運転ダイヤに対応する前記次の停車駅の到着予定時刻から前記次の停車駅の発車予定時刻に至る時間内に前記到着計画時刻を決定する過程と、
   前記到着計画時刻に基づいて、制御対象の列車が前記次の停車駅に到着するように前記運転ダイヤに対応する走行速度よりも前記列車の走行速度を低下させるための制御出力を算出する過程と、
   前記制御出力を送出する過程と、
   を備えた運行制御方法。
10. 列車群を構成する複数の列車の運行制御を行う運行制御装置をコンピュータにより制御する制御プログラムにおいて、
    前記コンピュータを、
    前記列車から当該列車の走行位置を取得する手段と、
    取得された列車の走行位置に基づいて、前記列車の次駅の到着計画時刻を決定する手段と、
    前記列車の次の停車駅における停車時間も考慮して予め設定された運転ダイヤに対応する前記次の停車駅の到着予定時刻から前記次の停車駅の発車予定時刻に至る時間内に前記到着計画時刻を決定する手段と、
    前記到着計画時刻に基づいて、制御対象の列車が前記次の停車駅に到着するように前記運転ダイヤに対応する走行速度よりも前記列車の走行速度を低下させるための制御出力を算出する手段と、
    前記制御出力を送出する手段と、
    して機能させることを特徴とする制御プログラム。

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