JP6573568B2 - Operation prediction system, operation prediction method, and operation prediction program - Google Patents

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本発明は、運行予測システム、運行予測方法、及び運行予測プログラムに関する。   The present invention relates to an operation prediction system, an operation prediction method, and an operation prediction program.

鉄道システムにおいて列車の早着、遅延といった運行状況を高精度で予測することに対するニーズが高まっている。例えば、到着列車の減速時に発生する回生電力を、他の出発列車の加速に効率よく利用することができるように、各列車に対する到着タイミングの調整、延発指示、延発制御を実現するには、列車到着時刻の高精度な予測を要する。列車全体の運行予測精度を統計的に向上させることができれば、統計的に節電に寄与することができる。   In the railway system, there is a growing need for predicting operation conditions such as early arrival and delay of trains with high accuracy. For example, to achieve arrival timing adjustment, postponement instruction, and postponement control for each train so that the regenerative power generated when the arriving train decelerates can be efficiently used to accelerate other departure trains The train arrival time needs to be predicted with high accuracy. If the operation prediction accuracy of the entire train can be improved statistically, it can contribute to power saving statistically.

特許文献1は、列車などが強風による危険に晒される虞を低減し、かつ、列車ダイヤなどへの影響を最小限に抑えることを目的として、ある地点で測定された風速及び過去の風速記録に基づいて、確率的な変動を表現する時系列モデルによる逐次計算によって、当該地点での所定の時間先までの予測風速を算出して出力する構成を提案している。   Patent Document 1 describes a record of wind speeds measured at a certain point and past wind speeds for the purpose of reducing the risk of trains being exposed to danger from strong winds and minimizing the impact on train schedules. Based on this, a configuration has been proposed in which a predicted wind speed up to a predetermined time ahead at the point is calculated and output by sequential calculation using a time-series model expressing stochastic fluctuations.

また特許文献2は、精度の高い旅行時間情報を提供することを目的として、鉄道またはバスによって移動可能な交通網における旅行時間情報を利用者に提供すべく、利用者の乗車待ち時間、あるいは移動時間を確率分布で表した確率分布データを、乗車待ち時間または移動時間が発生する箇所ごとに記憶し、出発地と目的地とを結ぶ経路上において発生する乗車待ち時間及び移動時間に対応する確率分布データを全て取得し、当該確率分布データを畳み込むことで、総旅行時間の確率分布を算出し、算出した総旅行時間の確率分布に基づいて予想旅行時間を決定、出力することを提案している。   In addition, Patent Document 2 aims to provide travel time information on a transportation network that can be moved by rail or bus for the purpose of providing highly accurate travel time information. Probability distribution data that expresses time as a probability distribution is stored for each location where the boarding waiting time or travel time occurs, and the probability corresponding to the boarding waiting time and travel time occurring on the route connecting the departure point and destination Propose to obtain all distribution data, calculate the probability distribution of the total travel time by convolving the probability distribution data, determine the expected travel time based on the calculated probability distribution of the total travel time, and output it Yes.

また特許文献3は、特定の時刻に繰り返し運行される交通機関を利用した移動過程を予測するシステムにおいて、過去の移動物体の夫々について、各通過点での通過日時、二つの通過点を通過する間に経過した経過時間、交通機関特定情報、状況情報、乗り込み終了日時、及び該乗り込み終了日時に対する各通過日時の比較結果を互いに関連付けた関連付けデータを記憶し、特定の通過点に係る通過日時、乗り込み終了日時に対する前記通過日時の比較結果、又は特定の二つの通過点に係る経過時間と、前記通過日時、前記比較結果又は前記経過時間が含まれる関連付けデータ中で前記通過日時、前記比較結果又は前記経過時間に関連付けられた他の情報との組み合わせを、複数通り抽出し、抽出した組み合わせに基づいて、回帰分析、又は平均若しくは分散を推定する統計計算により、未来の移動物体が特定の通過点を通過する通過時刻、特定の交通機関における未来の乗り込み終了日時に対する特定の通過点に係る通過日時の比較結果又は未来の移動物体が特定の二つの通過点を通過する間に経過する経過時間の推測値を計算することを提案している。   Further, Patent Document 3 is a system that predicts a moving process using a transportation facility that is repeatedly operated at a specific time. For each of the past moving objects, the passing date and time at each passing point passes through two passing points. Elapsed time, transit system specifying information, status information, boarding end date and time, and association data that associates the comparison results of each passing date and time with respect to the boarding end date and time are stored, and the passing date and time related to a specific passing point, The comparison result of the passage date and time relative to the boarding end date or time, or the elapsed time relating to two specific passage points, and the passage date and time, the comparison result or the passage time, the comparison result or A plurality of combinations with other information associated with the elapsed time are extracted, and based on the extracted combinations, regression analysis, or By statistical calculation to estimate the average or variance, the passage time when a future moving object passes a specific passing point, the comparison result of the passing date and time for a specific passing point with respect to the future boarding end date and time in a specific transportation, or the future It is proposed to calculate an estimate of the elapsed time that passes while a moving object passes through two specific passing points.

特開2005−30988号公報JP 2005-30988 A 特開2014−126500号公報JP 2014-126500 A 特許第4839416号公報Japanese Patent No. 4839416

特許文献1はある地点での風速を予測するもので、直接列車運行予測を行うものではない。特許文献2は交通手段の経路探索の結果得られる旅行時間を確率分布として作成し、
経路ごとに平均して早着、遅延のリスクを求めることができるが、交通手段の個々の運行状況を予測するものではない。また特許文献3は複数の分析モデルを組み合わせて運行予測を行うが、予測精度を高めるべく分析モデルの組合せバランスを調整することまでは開示していない。鉄道システムでの列車到着時刻の遅れの実績値から得られる統計情報を利用して、列車到着時刻を確率的に表現する方法はいくつか知られている。しかし、外れるリスクが高い予測(すなわち過去においては予測の分散が大きかった箇所での予測)では、十分に予測精度を高めることは難しい。
Patent Document 1 predicts the wind speed at a certain point, and does not directly predict train operation. Patent Document 2 creates travel time obtained as a result of route search for means of transportation as a probability distribution,
Although it is possible to obtain the risk of early arrival and delay on average for each route, it does not predict the individual operation status of the means of transportation. Further, Patent Document 3 performs operation prediction by combining a plurality of analysis models, but does not disclose adjustment of the combination balance of analysis models in order to improve prediction accuracy. There are several known methods for probabilistically expressing train arrival times using statistical information obtained from actual values of delays in train arrival times in a railway system. However, it is difficult to sufficiently increase the prediction accuracy in the prediction with a high risk of deviating (that is, the prediction at the place where the variance of the prediction is large in the past).

本発明の一つの目的は、移動体の運行予測精度を可及的に高めることである。   One object of the present invention is to increase the operation prediction accuracy of a moving object as much as possible.

上記の、及び他の目的を達成するために、本発明の一態様は、移動体の運行状況を予測するための運行予測システムであって、前記移動体の運行状況に関わるデータについての初期予測値と、前記データについて実際の運行を通じて得られた実績値との誤差である予測誤差について、指定された運行場所と運行時間範囲とで定まる前記移動体のサンプルに関し、前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を算出する統計計算部と、2以上の異なる前記サンプルのグループについて前記統計計算部が算出した前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を誤差の分散値が最小となるように組み合わせて利用することにより前記移動体の運行状況に関わるデータの予測値を算出する予測計算部とを備えている運行予測システムである。   In order to achieve the above and other objects, one aspect of the present invention is an operation prediction system for predicting an operation status of a mobile object, and an initial prediction of data related to the operation status of the mobile object With respect to a prediction error that is an error between the value and the actual value obtained through actual operation of the data, the average value of the prediction error with respect to the sample of the moving body determined by the specified operation location and operation time range, A statistical calculation unit that calculates a variance value and a covariance value, and an average value, a variance value, and a covariance value of the prediction error calculated by the statistical calculation unit for two or more different groups of samples are used as error variance values. It is a driving | operation prediction system provided with the prediction calculation part which calculates the predicted value of the data regarding the driving | running | working condition of the said mobile body by combining and using so that may become the minimum.

本発明の一態様に係る運行予測システムによれば、移動体の運行予測精度を可及的に高めることが可能となる。   According to the operation prediction system according to one aspect of the present invention, it is possible to increase the operation prediction accuracy of the moving body as much as possible.

図1は、本発明の一実施形態に係る業務支援システム1の全体システム構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall system configuration of a business support system 1 according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1のシステムに利用されるコンピュータ10のハードウェア構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the computer 10 used in the system of FIG. 図3Aは、計画情報テーブル300の構成例を示す図である。FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration example of the plan information table 300. 図3Bは、計画情報テーブル300の構成例を示す図である。FIG. 3B is a diagram illustrating a configuration example of the plan information table 300. 図3Cは、計画情報テーブル300の構成例を示す図である。FIG. 3C is a diagram illustrating a configuration example of the plan information table 300. 図3Dは、計画情報テーブル300の構成例を示す図である。FIG. 3D is a diagram illustrating a configuration example of the plan information table 300. 図4は、列車・駅別統計記録テーブル400の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the train / station statistical record table 400. 図5は、駅・時間帯別統計記録テーブル500の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the station / time zone statistical recording table 500. 図6は、列車運行モデルの一例を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a train operation model. 図7は、本発明の一実施形態による運行予測処理フローの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an operation prediction process flow according to an embodiment of the present invention. 図8は、統計記録テーブルの更新処理フローの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the update process flow of the statistical recording table. 図9Aは、入力画面の構成例を示す図である。FIG. 9A is a diagram illustrating a configuration example of an input screen. 図9Bは、入力画面の構成例を示す図である。FIG. 9B is a diagram illustrating a configuration example of the input screen. 図10は、出力画面の構成例を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the output screen.

以下、本発明について、その実施の形態に即して図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、互いに対応する要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings according to the embodiment. Note that components corresponding to each other are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

図1は、本実施形態による運行予測システム100を備えている、鉄道システムの業務
を支援するための業務支援システム1の構成例を示している。業務支援システム1は、複数のコンピュータシステムを通信可能に接続してなり、運行予測システム100、データサーバ200、運転支援システム1000、運行管理システム2000、電力管理システム3000、及びサービスシステム4000が、通信ネットワークNによって相互に接続されて構成されている。業務支援システム1のサブシステムである運行予測システム100、データサーバ200、運転支援システム1000、運行管理システム2000、電力管理システム3000、及びサービスシステム4000は、それぞれ例えば図2の構成を備えたコンピュータとして構成することができる。
FIG. 1 shows a configuration example of a business support system 1 for supporting a business of a railway system, which includes an operation prediction system 100 according to the present embodiment. The business support system 1 is configured such that a plurality of computer systems are communicably connected, and the operation prediction system 100, the data server 200, the driving support system 1000, the operation management system 2000, the power management system 3000, and the service system 4000 communicate with each other. The network N is connected to each other. The operation prediction system 100, the data server 200, the driving support system 1000, the operation management system 2000, the power management system 3000, and the service system 4000, which are subsystems of the business support system 1, are each a computer having the configuration of FIG. Can be configured.

図2はサブシステムとして利用しうるコンピュータ10の構成例である。コンピュータ10は、プロセッサ11、メモリ12、補助記憶装置13、入出力装置14、及び通信装置15を備え、これらの要素はバス16により相互に通信可能に接続されている。プロセッサ11は演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)等の演算装置である
。メモリ12はコンピュータ10が実行するデータ処理機能を提供するプログラム、そのプログラムが使用するデータ等を記憶するための記憶領域を提供する、RAM、ROM、NVRAM(Non-Volatile RAM)等の記憶デバイスを有する。補助記憶装置13は、前記プログラム、データテーブル等を格納するハードディスクドライブ(HDD)、半導体ドライブ(SSD)等の記憶デバイスを備える。入出力装置14は、キーボード、マウス、タッチパネル等の外部からのデータ入力用デバイス、モニタ・ディスプレイ、プリンタ等のデータ出力用デバイスを含む。通信装置15はネットワークインタフェースカード(NIC)等の、適宜の通信プロトコルを採用している通信ネットワークNを介して他装置との通信を可能とする通信デバイスを含む。コンピュータ10では、プロセッサ11が補助記憶装置13に格納されているプログラムをメモリ12に読み出して実行することにより、各サブシステムの機能を実現する。
FIG. 2 is a configuration example of the computer 10 that can be used as a subsystem. The computer 10 includes a processor 11, a memory 12, an auxiliary storage device 13, an input / output device 14, and a communication device 15, and these elements are connected to each other via a bus 16 so as to communicate with each other. The processor 11 is an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit) that executes arithmetic processing. The memory 12 is a storage device such as a RAM, ROM, or NVRAM (Non-Volatile RAM) that provides a storage area for storing a program that provides a data processing function executed by the computer 10 and data used by the program. Have. The auxiliary storage device 13 includes a storage device such as a hard disk drive (HDD) or a semiconductor drive (SSD) that stores the program, data table, and the like. The input / output device 14 includes external data input devices such as a keyboard, mouse, and touch panel, and data output devices such as a monitor / display and a printer. The communication device 15 includes a communication device such as a network interface card (NIC) that enables communication with other devices via a communication network N that employs an appropriate communication protocol. In the computer 10, the processor 11 reads out the program stored in the auxiliary storage device 13 to the memory 12 and executes it, thereby realizing the function of each subsystem.

業務支援システム1は、各サブシステムの機能により、鉄道システムにおける安全かつ効率的な列車運行を実現するように構成されている。
運転支援システム1000は、例えば列車の運転室に設置される車上モニタを含み、後述する運行予測システム100による運行予測結果等を運転士に伝達して運転士の運転業務を支援する機能を有する。運転支援システム1000は車上情報を総合的に管理するための列車情報管理装置、あるいは自動運転装置等の他の装置との間で情報を授受するように構成することもできる。
The business support system 1 is configured to realize safe and efficient train operation in the railway system by the function of each subsystem.
The driving support system 1000 includes, for example, an on-board monitor installed in a cab of a train, and has a function of supporting a driving operation of the driver by transmitting a driving prediction result by the driving prediction system 100 described later to the driver. . The driving support system 1000 can also be configured to exchange information with other devices such as a train information management device for comprehensively managing on-board information or an automatic driving device.

運行管理システム2000は、あらかじめ設定された列車運行計画(ダイヤグラム)に基づいて、信号現示、進路設定を制御する機能を有するとともに、実際の列車の運行状況を、軌道回路や接近センサ等の地上の列車検知システムから運行実績値として取得し、データサーバ200、運行予測システム100に提供する機能を有する。   The operation management system 2000 has a function of controlling signal display and route setting based on a train operation plan (diagram) set in advance, and also displays actual train operation status on the ground such as track circuits and proximity sensors. It acquires from a train detection system of this as an operation performance value, and has the function to provide to the data server 200 and the operation prediction system 100.

電力管理システム3000は、鉄道システムの列車をはじめとする各種設備に電力を供給するための受変電設備、き電設備等の動作を管理する機能を有している。サービスシステム4000は、駅構内の案内表示、列車接近表示等の旅客情報サービスを提供する機能を有する。   The power management system 3000 has a function of managing operations of a power receiving / transforming facility, a power feeding facility, and the like for supplying power to various facilities including a train of the railway system. The service system 4000 has a function of providing passenger information services such as guidance display in the station premises and train approach display.

次に、データサーバ200について説明する。データサーバ200は、運行予測システム100、及び運転支援システム1000、運行管理システム2000、電力管理システム3000、サービスシステムといったサブシステムからのデータ入出力要求に応じてデータを保存し、管理し、配信する機能を有する。図1のデータサーバ200は、初期計画データ210、実績計画データ220、制約計画データ230、統計記録データ240、及び予測計画データ250を格納している。これらのデータは、テーブル等の適宜のデータ形式で格納されている。なお、データサーバ200にはこれらのデータの他、サブシス
テムとの間でのデータ入出力処理を実行するプログラム等が設けられるが、それらのプログラム等については本発明の構成、機能に関して本質的でないので図示、及び説明を省略する。
Next, the data server 200 will be described. The data server 200 stores, manages, and distributes data according to data input / output requests from subsystems such as the operation prediction system 100, the driving support system 1000, the operation management system 2000, the power management system 3000, and the service system. It has a function. The data server 200 in FIG. 1 stores initial plan data 210, actual plan data 220, constraint plan data 230, statistical record data 240, and prediction plan data 250. These data are stored in an appropriate data format such as a table. In addition to these data, the data server 200 is provided with programs for executing data input / output processing with respect to the subsystems, but these programs are not essential with regard to the configuration and functions of the present invention. Therefore, illustration and description are omitted.

初期計画データ210は、あらかじめ鉄道システムのユーザが作成してデータサーバ200に保存しておくデータである。具体的には、初期計画データ210は列車運行ダイヤグラムであり、鉄道システムの線区毎に、各駅における各列車の出発予定時刻、到着予定時刻が格納されている。さらに、データサーバ200には、列車運行ダイヤグラムの基本データである各種属性情報(駅名、駅キロ程など)等、運行予測システム100を機能させるための基本情報も、あらかじめ管理データとして保存される。   The initial plan data 210 is data created in advance by a railway system user and stored in the data server 200. Specifically, the initial plan data 210 is a train operation diagram, and the scheduled departure time and arrival time of each train at each station are stored for each line system of the railway system. Further, basic information for causing the operation prediction system 100 to function, such as various attribute information (station name, station kilometer, etc.) that is basic data of a train operation diagram, is also stored in the data server 200 as management data in advance.

実績計画データ220は、実際の列車の運行状況を反映するデータ、例えば、各駅の列車到着時刻、列車出発時刻等のデータが格納される。具体的には、運行管理システム2000に接続されている信号保安システム等から取得される列車到着時刻、列車出発時刻等の実績値が運行管理システム2000から入力され、実績計画データ220を更新する。実績計画データ220の更新は、所定時間間隔で実行してもよいし、各列車の運行状況に応じて逐次実行してもよい。   The actual plan data 220 stores data reflecting the actual train operation status, such as train arrival time and train departure time at each station. Specifically, actual values such as train arrival time and train departure time acquired from a signal security system connected to the operation management system 2000 are input from the operation management system 2000 and the actual plan data 220 is updated. The update of the actual plan data 220 may be executed at predetermined time intervals, or may be executed sequentially according to the operation status of each train.

制約計画データ230、統計記録データ240は、いずれも初期計画データ210と実績計画220とから予測計画データ250を算出する過程で利用されるデータを蓄積したデータ群である。制約計画データ230、統計記録データ240については、本実施形態の運行予測システム100で実行されるデータ処理フローに関連して後述する。統計記録データ240は、実績計画データ220の更新に基づいて再計算されて更新される。   The constraint plan data 230 and the statistical record data 240 are data groups in which data used in the process of calculating the forecast plan data 250 from the initial plan data 210 and the actual plan 220 are accumulated. The constraint plan data 230 and the statistical record data 240 will be described later in relation to the data processing flow executed by the operation prediction system 100 of the present embodiment. The statistical record data 240 is recalculated and updated based on the update of the actual plan data 220.

予測計画データ250は、本実施形態の業務支援システム1が適用されている鉄道システムにおける予測対象駅の列車の出発時刻、到着時刻の予測値を示すデータである。予測計画データ250は、運行予測システム100によって、データサーバ200に格納されている初期計画データ210、実績計画データ220に基づいて算出される。前記のように、制約計画データ230、統計記録データ240は、運行予測システム100が初期計画データ210、実績計画データ220から予測計画データ250を算出する過程で生成され利用される。予測計画データ250の算出過程については後述する。   The prediction plan data 250 is data indicating predicted values of departure time and arrival time of a train at a prediction target station in a railway system to which the business support system 1 of the present embodiment is applied. The prediction plan data 250 is calculated by the operation prediction system 100 based on the initial plan data 210 and the actual plan data 220 stored in the data server 200. As described above, the constraint plan data 230 and the statistical record data 240 are generated and used in the process in which the operation prediction system 100 calculates the forecast plan data 250 from the initial plan data 210 and the actual plan data 220. The calculation process of the prediction plan data 250 will be described later.

サブシステムである運転支援システム1000、運行管理システム2000、電力管理システム3000、及びサービスシステム4000に関して説明したように、予測計画データ250は、運転支援システム1000に配信され、運転士に運行予測情報を提供する。また、予測計画データ250は、運行管理システム2000に配信され、列車整理、運行計画の変更等の業務に利用される。また、予測計画データ250は、電力管理システム3000に配信され、鉄道システムとしての節電効果に配慮した電力供給計画業務に利用される。また、予測計画データ250は、サービスシステム4000に配信され、最新の運行予測結果に基づく情報配信サービスを利用客等に提供する。   As described regarding the driving support system 1000, the operation management system 2000, the power management system 3000, and the service system 4000, which are the subsystems, the prediction plan data 250 is distributed to the driving support system 1000, and the operation prediction information is transmitted to the driver. provide. Further, the forecast plan data 250 is distributed to the operation management system 2000 and used for operations such as train arrangement and change of the operation plan. Further, the forecast plan data 250 is distributed to the power management system 3000 and is used for a power supply planning work in consideration of the power saving effect as the railway system. Moreover, the forecast plan data 250 is delivered to the service system 4000, and provides an information delivery service based on the latest operation forecast result to users and the like.

次に、運行予測システム100について説明する。運行予測システム100は、図2に例示する構成を備え、本発明の実施形態による運行予測方法を記述したプログラムを補助記憶装置13に格納している。図1の例では、プロセッサ11が補助記憶装置13に格納されているプログラム群である予測モジュール110をメモリ12に読み出し、メモリ12に記憶されている、予測処理に関してユーザがあらかじめ指定する条件であるパラメータ120を用いて、予測処理を実行する。   Next, the operation prediction system 100 will be described. The operation prediction system 100 has the configuration illustrated in FIG. 2 and stores a program describing the operation prediction method according to the embodiment of the present invention in the auxiliary storage device 13. In the example of FIG. 1, the processor 11 reads out the prediction module 110 that is a program group stored in the auxiliary storage device 13 to the memory 12 and is stored in the memory 12. A prediction process is executed using the parameter 120.

予測モジュール110は、複数のサブモジュールである、データ受信部111、制約計算部112、統計計算部113、補正計算部114、及びデータ送信部115を備える。
運行予測システム100は、稼働中、運行管理システム2000から配信される実績計画データ220を通信装置15を介して常時待ち受けし、実績計画データ220が配信される都度、すなわち実績計画データ220が更新される都度予測処理を実行して予測計画データ250を算出する。
The prediction module 110 includes a data reception unit 111, a constraint calculation unit 112, a statistical calculation unit 113, a correction calculation unit 114, and a data transmission unit 115, which are a plurality of submodules.
During operation, the operation prediction system 100 always waits for the actual plan data 220 distributed from the operation management system 2000 via the communication device 15, and every time the actual plan data 220 is distributed, that is, the actual plan data 220 is updated. The prediction plan data 250 is calculated by executing the prediction process every time.

データ受信部111及びデータ送信部115は、図2の入出力装置14を用いて、作成された予測計画データ250等のデータを、データサーバ200との間で送受信する処理、及び図2の入出力装置14を介してユーザインタフェースを提供する機能を備える。制約計算部112は、後述する列車運行予測のための列車運行モデルに基づいて、初期計画データ210と実績計画データ220とを入力として制約計画データ230を出力する機能を備える。統計計算部113は、実績計画データ220を入力として、統計記録を出力する機能を有する。この統計記録の作成方法については後述する。補正計算部114は、制約計画データ230、統計記録データ240を入力として、予測計画データ250を出力する機能を有する。この予測計画データ250の作成方法については後述する。   The data reception unit 111 and the data transmission unit 115 use the input / output device 14 in FIG. 2 to perform processing for transmitting / receiving data such as the generated forecast plan data 250 to / from the data server 200, and in FIG. A function of providing a user interface via the output device 14 is provided. The constraint calculation unit 112 has a function of inputting the initial plan data 210 and the actual plan data 220 and outputting the constraint plan data 230 based on a train operation model for predicting train operations described later. The statistical calculation unit 113 has a function of receiving the actual plan data 220 and outputting a statistical record. A method of creating this statistical record will be described later. The correction calculation unit 114 has a function of receiving the constraint plan data 230 and the statistical recording data 240 and outputting the forecast plan data 250. A method of creating the forecast plan data 250 will be described later.

次に、データサーバ200に格納されているデータについてより具体的に説明する。図3A〜図3Dは、計画情報を格納するためのテーブルである計画情報テーブル300の構成例を示している。データサーバ200においては、計画情報テーブル300で示すデータ構造により、初期計画データ210(図3A)、実績計画データ220(図3B)、制約計画データ230(図3C)、及び予測計画データ250(図3D)が管理される。   Next, the data stored in the data server 200 will be described more specifically. 3A to 3D show configuration examples of a plan information table 300 that is a table for storing plan information. In the data server 200, the initial plan data 210 (FIG. 3A), the actual plan data 220 (FIG. 3B), the constraint plan data 230 (FIG. 3C), and the forecast plan data 250 (FIG. 3D) is managed.

計画情報テーブル300には、共通して、列車ID301、出発駅ID302、到着駅ID303、出発時刻304、到着時刻305、遅延306、及び管理307の各フィールドが設けられている。計画情報テーブル300では、複数の日に対するデータを記録管理するために、出発時刻304、到着時刻305に年月日を含めてもよく、また出発時刻304、到着時刻305に加えて年月日フィールドを設けてもよい。列車ID301は鉄道システムの運行予測対象線区で運行される列車を相互に識別するための識別符号であり、例えば列車番号である。出発駅ID302、到着駅ID303は、鉄道システムの運行予測対象線区にある駅を相互に識別するための識別符号である。出発時刻304、到着時刻305は、列車ID301で特定される列車が、出発駅ID302、到着駅ID303で特定される駅を出発、あるいは次駅に到着する時刻を示す。遅延306は初期計画データ210における列車の出発時刻304、到着時刻305の計画値に対する実績値、あるいは予測値の遅延を表す。管理307は、計画情報テーブル300の種類に応じた固有の情報を格納する。本実施形態では、計画情報テーブル300に格納されている計画情報の種別を識別するための情報として、「初期」、「実績」、「制約」、「予測」が格納されている。予測モジュール110は、データサーバ200上に格納されている列車名、駅名等の属性情報を、計画情報テーブル300に記録されている列車ID301,出発駅ID302,到着駅ID303を用いて一意に参照し、取得することができる。   In the plan information table 300, fields of train ID 301, departure station ID 302, arrival station ID 303, departure time 304, arrival time 305, delay 306, and management 307 are provided in common. In the plan information table 300, in order to record and manage data for a plurality of days, the departure time 304 and the arrival time 305 may include the year, month, and date. In addition to the departure time 304 and the arrival time 305, a date field May be provided. The train ID 301 is an identification code for mutually identifying trains operating in the operation prediction target line section of the railway system, and is a train number, for example. The departure station ID 302 and the arrival station ID 303 are identification codes for mutually identifying stations in the operation prediction target line area of the railway system. The departure time 304 and the arrival time 305 indicate the time when the train specified by the train ID 301 departs from the station specified by the departure station ID 302 and the arrival station ID 303 or arrives at the next station. The delay 306 represents the delay of the actual value or the predicted value with respect to the planned values of the departure time 304 and arrival time 305 of the train in the initial plan data 210. The management 307 stores unique information corresponding to the type of the plan information table 300. In the present embodiment, “initial”, “actual”, “constraint”, and “prediction” are stored as information for identifying the type of plan information stored in the plan information table 300. The prediction module 110 uniquely refers to attribute information such as train names and station names stored on the data server 200 using the train ID 301, departure station ID 302, and arrival station ID 303 recorded in the plan information table 300. Can get.

ここで、図3A〜図3Dで例示する計画情報テーブル300について順次説明する。まず図3Aは初期計画データ210の例を示していて、列車ID=001で特定される列車は、出発駅ID=AA5の駅を13時55分に出発し、到着駅ID=AA4の駅に14時00分に到着する計画である。運行計画ダイヤグラムに記載されている通りのデータが記録されているので、遅延306は空欄となっている。   Here, the plan information table 300 illustrated in FIGS. 3A to 3D will be sequentially described. First, FIG. 3A shows an example of the initial plan data 210, and the train identified by the train ID = 001 departs from the station with the departure station ID = AA5 at 13:55 and changes to the station with the arrival station ID = AA4. It is planned to arrive at 14:00. Since the data as described in the operation plan diagram is recorded, the delay 306 is blank.

次に、図3Bの実績計画データ220は、運行管理システム2000から取得される実際の運行時刻を記録している。例えば、図3Bの先頭レコードでは、列車ID=001で特定される列車が出発駅ID=AA5で特定される駅を2分遅れで出発した場合を示しており、出発駅ID=AA5の駅を13時57分に出発したという記録がなされている。次駅であるAA4の到着時刻も前駅出発の遅れを反映して2分遅れとなっている。遅延30
6には、初期計画データ210の出発時刻l3時55分と実績計画データ220の出発時刻との差分として2分と記録されている。
Next, the actual plan data 220 in FIG. 3B records the actual operation time acquired from the operation management system 2000. For example, the top record in FIG. 3B shows a case where the train identified by train ID = 001 departs from the station identified by departure station ID = AA5 with a delay of 2 minutes. There is a record of departure at 13:57. The arrival time of AA4, the next station, is also delayed by 2 minutes, reflecting the delay in departure from the previous station. Delay 30
6, 2 minutes is recorded as the difference between the departure time l3: 55 of the initial plan data 210 and the departure time of the actual plan data 220.

図3C、図3Dは計画情報テーブル300として同一のデータ構造を用いて構成されており、それぞれ制約計画データ230、予測計画データ250を格納している。図3C、図3Dには各レコードの項目に記録される数値の例として初期計画データ210と同一の数値を例示しているが、実際には、制約計画データ230には後述する列車運行モデル(制約モデル)に従って算出された出発時刻304、到着時刻305が記録される。また予測計画データ250には、予測モジュール110が実行した運行予測結果を反映する出発時刻304、到着時刻305が記録される。以下では、各項目名は計画情報テーブル300のデータ構造を反映する名称として取り扱う。すなわち、例えば遅延306は、文脈に応じて実績計画データ220の項目名であったり、予測計画データ250の項目名であったりする。   3C and 3D are configured using the same data structure as the plan information table 300, and store constraint plan data 230 and prediction plan data 250, respectively. 3C and 3D illustrate the same numerical value as the initial plan data 210 as an example of the numerical value recorded in the item of each record, but actually, the constraint plan data 230 includes a train operation model (described later). The departure time 304 and the arrival time 305 calculated according to the constraint model) are recorded. Further, in the prediction plan data 250, a departure time 304 and an arrival time 305 reflecting the operation prediction result executed by the prediction module 110 are recorded. In the following, each item name is treated as a name reflecting the data structure of the plan information table 300. That is, for example, the delay 306 may be an item name of the actual plan data 220 or an item name of the prediction plan data 250 depending on the context.

次に、統計記録テーブルについて説明する。図4は、列車ごと、駅ごとに取得され生成された統計記録を格納するテーブルである列車・駅別統計記録テーブル400の構成例を示している。ここで統計記録とは、ある列車、ある駅等の個別の対象に着目してある対象範囲についての計測値(例えば出発時刻等)の集合について統計的に処理を施して得られるデータを示している。図4の列車・駅別統計記録テーブル400の一つのレコードには、列車ID401、出発駅ID402、到着駅ID403、計画時刻404、誤差平均405、誤差分散406、共分散407、サンプル数408、及び管理409の項目が設定されている。列車ID401、出発駅ID402、及び到着駅ID403は、図3A〜図3Dの計画情報テーブル300の場合と同様である。計画時刻405は、対応する列車ID401の列車が出発駅ID402で特定される駅を出発する時刻の初期計画値(計画ダイヤ上の数値)を示す。誤差平均405は、対応する列車ID401で特定される列車が出発駅ID402によって特定される駅を出発した実際の時刻と計画時刻404との差の平均値を示す。誤差分散406は、前記の実際の時刻と計画時刻404との差の分散を示す。共分散407は、誤差分散406と他の統計記録における誤差分散(例えば後述する図5の誤差分散505)との類似度を示す指標となる数値である。サンプル数408は、対応する列車ID401の出発駅ID402の駅の出発時刻について、統計処理の対象としたサンプル数を示している。管理409には、共分散407の計算において、類似度判定の対象とした別の統計記録がどれかを特定する情報を格納する。図4の例では、誤差分散406と図5の誤差分散505とを対照しているので、管理409には「駅・時間帯別」の語句が記録されている。   Next, the statistical recording table will be described. FIG. 4 shows a configuration example of a train / station-specific statistical record table 400 which is a table storing statistical records acquired and generated for each train and for each station. Here, the statistical record refers to data obtained by statistically processing a set of measured values (for example, departure time, etc.) for a target range focusing on individual targets such as a train, a station, etc. Yes. One record of the train / station statistical record table 400 of FIG. 4 includes train ID 401, departure station ID 402, arrival station ID 403, planned time 404, error average 405, error variance 406, covariance 407, number of samples 408, and An item of management 409 is set. The train ID 401, departure station ID 402, and arrival station ID 403 are the same as those in the plan information table 300 of FIGS. 3A to 3D. The planned time 405 indicates an initial planned value (numerical value on the plan diagram) at which the train with the corresponding train ID 401 departs from the station specified by the departure station ID 402. The error average 405 indicates the average value of the difference between the actual time when the train specified by the corresponding train ID 401 leaves the station specified by the departure station ID 402 and the planned time 404. The error variance 406 indicates the variance of the difference between the actual time and the planned time 404. The covariance 407 is a numerical value serving as an index indicating the degree of similarity between the error variance 406 and error variance in other statistical recordings (for example, error variance 505 in FIG. 5 described later). The number of samples 408 indicates the number of samples subjected to statistical processing with respect to the departure time of the station with the departure station ID 402 of the corresponding train ID 401. The management 409 stores information that identifies which other statistical record is the target of similarity determination in the calculation of the covariance 407. In the example of FIG. 4, since the error variance 406 and the error variance 505 of FIG. 5 are contrasted, the phrase “by station / time zone” is recorded in the management 409.

図4の統計記録テーブル400では、列車・駅別の統計データである列車・駅別データ450として、前日分までの一又は複数日のデータを記録している例を示しているが、図5について後述するように、当日分のみのデータを記録している統計記録テーブルも存在する。このように、統計記録テーブル400,500等についてどのような時間範囲でのサンプリングを行うかについては、ユーザ指定に応じて設定される。   4 shows an example in which data for one or a plurality of days up to the previous day is recorded as train / station-specific data 450 that is statistical data for each train / station. As will be described later, there is also a statistical recording table that records data for the current day only. In this way, in what time range sampling is performed for the statistical recording tables 400, 500, etc., is set according to user designation.

図5は、駅、時間帯ごとの統計記録である駅・時間帯別データ550を格納する統計記録テーブル500の構成例を示す図である。統計記録テーブル500の各レコードには、出発駅ID501、到着駅ID502、時間帯503、誤差平均504、誤差分散505、共分散506、サンプル数507、及び管理508の項目が記録されている。出発駅ID501、到着駅ID502は、統計記録テーブル400の出発駅ID402及び到着駅ID403と同じである。時間帯503は、到着駅ID502で特定される駅の到着時刻についてのサンプリング範囲を時間範囲で示している。例えば図5の例では、駅AA4に13:41〜14:00の20分間に到着する列車の到着時刻が統計処理の対象とされていることを表している。誤差平均504、誤差分散505、及び共分散506は、図4の
統計記録テーブル400の誤差平均405、誤差分散406、及び共分散407と同じである。サンプル数507は、時間帯503の間でサンプリング対象となったサンプルの数を示す。管理508には、共分散506の計算において、類似度判定の対象とした別の統計記録がどれかを特定する情報を格納する。図5の例では、誤差分散406と図5の誤差分散505とを対照しているので、管理508には「列車・駅別」の語句が記録されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a statistical record table 500 that stores station / time-specific data 550 that is a statistical record for each station and time zone. In each record of the statistical record table 500, items of departure station ID 501, arrival station ID 502, time zone 503, error average 504, error variance 505, covariance 506, number of samples 507, and management 508 are recorded. The departure station ID 501 and the arrival station ID 502 are the same as the departure station ID 402 and the arrival station ID 403 in the statistical recording table 400. The time zone 503 indicates the sampling range for the arrival time of the station specified by the arrival station ID 502 as a time range. For example, in the example of FIG. 5, it represents that the arrival time of the train which arrives at station AA4 for 20 minutes from 13:41 to 14:00 is made into the object of statistical processing. The error average 504, error variance 505, and covariance 506 are the same as the error average 405, error variance 406, and covariance 407 in the statistical recording table 400 of FIG. The number of samples 507 indicates the number of samples subjected to sampling during the time zone 503. The management 508 stores information for identifying which other statistical record is a target of similarity determination in the calculation of the covariance 506. In the example of FIG. 5, since the error variance 406 and the error variance 505 of FIG. 5 are contrasted, the phrase “by train / station” is recorded in the management 508.

なお、図5では、駅ごとに、20分間のウインドウ(時間帯)ごとの先行列車の到着時刻の予測誤差の傾向として、当日分のデータ例を挙げている。前記のように、統計記録テーブル400,500等についてどのような時間範囲でのサンプリングを行うかについては、ユーザ指定に応じて設定される。   In addition, in FIG. 5, the data example for the day is given as a tendency of the prediction error of the arrival time of the preceding train for every 20-minute window (time zone) for each station. As described above, in what time range sampling is performed for the statistical recording tables 400, 500, etc., is set according to user designation.

次に、本実施形態における列車運行予測方法の基本原理について詳細に説明する。本実施形態の列車運行予測は、各駅を出発する列車の計画出発時刻と、各駅に到着する列車の計画到着時刻に基づいて行われる。またサブシステムである運行管理システム2000から各駅を出発する列車の出発時刻実績値と、各駅に到着する列車の到着時刻の実績値を取得する場合には、それらの実績値に基づいて列車運行予測が実行される。   Next, the basic principle of the train operation prediction method in this embodiment will be described in detail. The train operation prediction of the present embodiment is performed based on the planned departure time of the train that leaves each station and the planned arrival time of the train that arrives at each station. Moreover, when acquiring the actual time value of the departure time of the train leaving each station and the actual value of the arrival time of the train arriving at each station from the operation management system 2000 as a subsystem, the train operation prediction is based on the actual value. Is executed.

図6に、列車運行モデルの一例を示している。図6のモデルでは、ある列車の運行について、時系列順に所定の制約条件を満たす範囲で最も早い時刻として、各駅の到着時刻、出発時刻の予測値を計算していく。図6のモデルでは、横軸に時間を、縦軸に列車の位置を示す距離(キロ程)をとり、下記の(1)式で用いる変数の時空間上での関係を図示している。図6は、列車番号を正の整数i,駅番号を正の整数jとし、同方向に運行されている2本の列車について、先行列車j−1、続行列車jがそれぞれ駅i−1、駅iに停車する状況を示している。このとき、続行列車jが駅iに到着する時刻と予測値である予測時刻T(a)i,jは、下記の(1)式で表現することができる。なおmax(X,Y)は、X,Yいずれか大きい方の値を取る操作を示す関数である。
FIG. 6 shows an example of a train operation model. In the model of FIG. 6, predicted values of arrival time and departure time of each station are calculated as the earliest time within a range satisfying a predetermined constraint condition for a train operation in time series. In the model of FIG. 6, time is plotted on the horizontal axis and distance (about kilometer) indicating the train position on the vertical axis, and the relationship in time and space of the variables used in the following equation (1) is shown. FIG. 6 shows that the train number is a positive integer i, the station number is a positive integer j, and for two trains operating in the same direction, the preceding train j-1 and the continuation train j are the station i-1, The situation of stopping at station i is shown. At this time, the time when the continuation train j arrives at the station i and the predicted time T (a) i, j which is the predicted value can be expressed by the following equation (1). Note that max (X, Y) is a function indicating an operation that takes the larger value of X or Y.

特に、稠密ダイヤにおける遅延時の列車運行では、先行列車の影響によって続行列車が駅間で停車するリスクを避けるため、続行列車を前駅で待たせる(延発)させることがある。このため、平常時、遅延時の駅間走行時間はさほど変わらず、2駅の出発時刻に基づく予測到着時刻はある程度精度がよい値となる。図6の列車運行モデルによる列車運行予測方法を、以下では「制約モデルによる予測方法」と呼ぶこととする。   In particular, in the train operation at the time of delay in the dense schedule, the continuation train may be kept waiting at the previous station (delayed) in order to avoid the risk that the continuation train stops between stations due to the influence of the preceding train. For this reason, the traveling time between stations during normal times and delays does not change so much, and the predicted arrival time based on the departure time of two stations is a value with a certain degree of accuracy. Hereinafter, the train operation prediction method based on the train operation model is referred to as a “prediction method based on a constraint model”.

なお、同様に列車出発の予測時刻についても、標準停車時間等をあらかじめ定めることによって、先行列車に対して続行列車が計画通りに出発できるかを予測することができる。以下では説明の簡単化のために、列車到着時刻を予測する場合のみを取り上げるが、本発明の列車運行予測方法は、列車出発時刻の予測や列車運行に関わる他の数値予測につい
ても適用することができる。
Similarly, regarding the predicted departure time of the train, it is possible to predict whether the continuation train can depart from the preceding train as planned by setting a standard stop time and the like in advance. In the following, for simplification of explanation, only the case of predicting the train arrival time is taken up, but the train operation prediction method of the present invention is also applied to prediction of train departure time and other numerical predictions related to train operation. Can do.

ある駅への列車到着の予測時刻と実績値としての列車到着時刻には予測誤差が生じる。列車運転では、出発後の続行列車は、予測時刻の時点で駅iあるいはその近傍に到達しているという期待があり、運転士が自列車が置かれている状況に応じて次駅iまでの残りの距離をどう走るかによって駅iへの到着時刻が変動し、駅iへの到着時刻の予測値は確率過程の様相を示す。この列車運行の様子は、微粒子のブラウン運動に準じたランダムな動きとして表現することができる。すなわち、続行列車jが駅iに到着する時刻を確率変数T(b)i,jとする。駅iに到る最後の単位距離Xi,j(=1)を細分化した微小距離dXi,j,k(kは自然数)の間における時間の増分dTi,j,kについて、確率パラメータ(μ,σ)を用い、さらに、揺らぎ成分としてウィナー過程の増分dBi,jを用いて、下記の(2)式の微分方程式にて列車運行をモデル化する。
There is a prediction error between the predicted arrival time of a train to a certain station and the train arrival time as the actual value. In train operation, there is an expectation that the continuation train after departure has arrived at or near station i at the time of the predicted time, and depending on the situation where the driver is on his / her own train, The arrival time at the station i varies depending on how the remaining distance is run, and the predicted value of the arrival time at the station i indicates the aspect of the stochastic process. This train operation can be expressed as a random movement according to the Brownian motion of fine particles. That is, the time when the continuation train j arrives at the station i is defined as a random variable T (b) i, j. For a time increment dTi, j, k between minute distances dXi, j, k (k is a natural number) obtained by subdividing the last unit distance Xi, j (= 1) reaching station i, a probability parameter (μ, Using σ), and further using the Wiener process increment dBi, j as the fluctuation component, the train operation is modeled by a differential equation of the following equation (2).

微小距離dXi,j,kをすべて加算すると単位距離Xi,jとなる。また、ウィナー過程Bi,jの初期値はその定義によってゼロである。そして、制約モデルの(1)式で得られるT(a)i,jを予測時刻の初期値として用いる。このとき、(2)式の微分方程式は一意に解けて、下記の(3)式を得る。これを「ブラウン運動モデルによる予測方法」と呼ぶこととする。
When all the minute distances dXi, j, k are added, a unit distance Xi, j is obtained. The initial value of the Wiener process Bi, j is zero by its definition. Then, T (a) i, j obtained by equation (1) of the constraint model is used as the initial value of the prediction time. At this time, the differential equation (2) can be uniquely solved to obtain the following equation (3). This is called a “prediction method using a Brownian motion model”.

確率パラメータ(μ,σ)については、過去における予測結果と実績値とから誤差観測を行い、それぞれ誤差の平均値μ’、標準偏差値σ’をもって推定することができる。しかし、どのサンプルをどのように選んで誤差と考えるかによって、用いる確率パラメータの値が異なることとなる。すなわち、ブラウン運動モデルに予測方法を限っても、統計サンプルの選択によって多種多様な方法がある。   The probability parameters (μ, σ) can be estimated by measuring errors from the past prediction results and actual values, and using the error average value μ ′ and the standard deviation value σ ′, respectively. However, the value of the probability parameter to be used differs depending on which sample is selected and considered as an error. That is, even if the prediction method is limited to the Brownian motion model, there are various methods depending on the selection of statistical samples.

例えば、特定の列車、特定の駅について前日までの一定期間での予測誤差の傾向を観測した場合、当該駅での乗継接続など駅固有の問題などがより色濃く反映された確率分布となる。また、特定の列車について、直前駅までの、当日の予測誤差の傾向を観測した場合、当該列車に乗務する運転士の運転操作の癖などがより色濃く反映された確率分布となる。また、先行列車について、特定の駅での当日の予測誤差の傾向を観測した場合、天候、代替輸送影響などがより色濃く反映された確率分布となる。さらに、後続列車について、特定の駅での当日の予測誤差の傾向を観測した場合、当該駅での急病人の影響で間隔調整のために先行列車を待機させた場合などがより色濃く反映された確率分布となる。このように、どのサンプルをどのように選んで予測値との誤差を考えるかによって、予測結果が異なる。   For example, when a tendency of a prediction error is observed for a specific train and a specific station in a certain period up to the previous day, a probability distribution in which problems specific to the station such as connection at the station are reflected more deeply. Moreover, when the tendency of the prediction error of the day to a station immediately before is observed about a specific train, it becomes a probability distribution in which the habit of the driving operation of the driver on the train is reflected more deeply. In addition, regarding the preceding train, when the tendency of the prediction error on the current day at a specific station is observed, the probability distribution reflects the weather, the influence of alternative transportation, and the like more intensely. Furthermore, for the following train, when the tendency of the prediction error on that day at a specific station was observed, the case where the preceding train was made to wait for the interval adjustment due to the sudden illness at that station reflected more intensely. Probability distribution. As described above, the prediction result varies depending on which sample is selected and how an error from the predicted value is considered.

予測値と実測値との誤差は、概して、前日までの特定の列車の運行に固有の動き(A)、当日の運行状況全体が感応する動き(B)、予測不可能な出来事(C)に基づいて発生する。したがって、異なるサンプルに基づく予測誤差を効率的に組み合わせて利用することによって予測不可能なCの要因の影響を薄めて、全体的な予測誤差を抑制することがで
きる。例えば、特定列車の特定駅では乗継接続が行われて遅れがちとなる傾向は前日までの動きとして誤差の実績値に現れる。あるいは、もし当日に雨が降ると乗降時間が増えて、注目する列車以外にも列車運行全体に遅れがちな傾向が現れる。このように、前日までの動きAは固定的であり、当日の運行状況全体が感応する動きBに応じて最終的な予測誤差が定まると考えることができる。
The error between the predicted value and the actual measured value is generally due to a movement inherent in the operation of a specific train up to the previous day (A), a movement sensitive to the entire operation status of the day (B), and an unpredictable event (C). Occurs based on. Therefore, by efficiently combining and using prediction errors based on different samples, it is possible to diminish the influence of unpredictable factors of C and suppress overall prediction errors. For example, a tendency that tends to be delayed due to a connecting connection at a specific station of a specific train appears in the actual error value as a movement up to the previous day. Alternatively, if it rains on that day, the time for getting on and off will increase, and there will be a tendency for the entire train operation to be delayed in addition to the train of interest. Thus, the motion A up to the previous day is fixed, and it can be considered that the final prediction error is determined according to the motion B to which the entire operation status of the day is sensitive.

そこで、ブラウン運動モデルによる2種類の予測方法A(前日までの傾向),予測方法B(当日の傾向)に基づく2種類の予測誤差A,Bを考える。ここでは、A,B2変数での計算例を記載するが、3つ以上の確率分布を踏まえるよう、3変数以上を用いて対応する多変数最適化計算をしてもよい。またブラウン運動モデルに限らず予測方法には多種多様な方法があるため、他の予測方法を組み合わせてもよい。   Therefore, two types of prediction errors A and B based on two types of prediction methods A (trends up to the previous day) and a prediction method B (trends on the day) based on the Brownian motion model are considered. Here, a calculation example using the A and B2 variables will be described, but the corresponding multivariable optimization calculation may be performed using three or more variables so as to take into account three or more probability distributions. In addition to the Brownian motion model, there are various prediction methods, so other prediction methods may be combined.

いま、予測方法Aと予測方法Bの適用比率をそれぞれq、r(q+r=1)として両者を組み合わせる場合の最終的な予測誤差を考える。この最終的な予測誤差の分散Dpは、予測方法Aによる予測誤差の分散σa,予測方法Bによる予測誤差の分散σb、及び予測方法Aによる誤差分散と、予測方法Bによる誤差分散の共分散σabを用いて、下記の(4)式を用いて表すことができる。分散Dpは予測が外れるリスクの度合いを示している。
Now, let us consider the final prediction error when combining the prediction methods A and B with the application ratios of q and r (q + r = 1), respectively. The final prediction error variance Dp is the prediction error variance σa by the prediction method A, the prediction error variance σb by the prediction method B, the error variance by the prediction method A, and the covariance σab of the error variance by the prediction method B. Can be expressed using the following equation (4). The variance Dp indicates the degree of risk of being out of prediction.

(4)式は予測方法B(当日の傾向)の適用比率rから見た2次方程式であり、rの分布は極値を持つ。すなわち、(4)式でDp=0として2次方程式のrの解を得るとqも定まる。それらの適用比率q,rは、予測が外れるリスクを最小化する最適解を構成する。   Equation (4) is a quadratic equation viewed from the application ratio r of the prediction method B (trend of the day), and the distribution of r has an extreme value. That is, when Dp = 0 in equation (4) and the solution of r of the quadratic equation is obtained, q is also determined. Their application ratios q and r constitute an optimal solution that minimizes the risk of misprediction.

予測方法Aの場合の誤差平均μa,予測方法Bの場合の誤差平均μbを用いて、予測結果となる列車到着時刻T(b)i,jは、(5)式のように得ることができる。T(a)i,jの初期値には制約モデルの予測方法で得られる予測値を用いる。ウィナー過程を示すBi.jは期待値ゼロと見なしてもよい。あるいは、(2)式に基づいて揺らぎを逐次計算し、総和しても求めることができる。
By using the error average μa in the case of the prediction method A and the error average μb in the case of the prediction method B, the train arrival time T (b) i, j as the prediction result can be obtained as shown in the equation (5). . T (a) As the initial value of i, j, a predicted value obtained by the constraint model prediction method is used. Bi. Showing the Wiener process. j may be regarded as an expected value of zero. Alternatively, the fluctuation can be calculated sequentially based on the equation (2), and can also be obtained by totaling.

前日までの傾向Aを反映する予測方法では、列車到着時刻等の予測値と実績値とをすべて記録しておけば、統計処理としてそれらの平均、分散の値を計算することができる。しかし当日の傾向Bを反映する予測方法では、特定駅への列車到着のたびに予測値と実績値の更新が入るため、前日までの傾向Aの誤差分散と当日の傾向Bの誤差分散の共分散を全記録に基づいて計算することとなり、システムへの計算負荷が過大となる。そこで、既存の分布に新しいサンプルを加える計算式である(6)式を用いる。(6)式は、既存のn個のサンプルに、新たな実績値のサンプルxが加わったことを示している。
In the prediction method that reflects the trend A up to the previous day, if all predicted values and actual values such as train arrival times are recorded, the average and variance values can be calculated as statistical processing. However, in the prediction method that reflects the trend B of the current day, the predicted value and the actual value are updated every time a train arrives at a specific station. Therefore, both the error variance of the trend A up to the previous day and the error variance of the trend B of the current day Since the variance is calculated based on all records, the calculation load on the system becomes excessive. Therefore, formula (6), which is a calculation formula for adding a new sample to the existing distribution, is used. Equation (6) indicates that a new actual value sample x has been added to the existing n samples.

(6)式はサンプルとしての予測誤差が正規分布をとることを想定した計算式である。予測値と実測値の差分を差分予測誤差と呼ぶ。差分予測誤差は±10秒などと表現することが慣例であり、そのまま一連の数式に適用してもよい。ここでは(3)式を拡張して、(7)式の計算式を用いる。すなわち、制約モデルに基づく予測値T(a)i,jと求めたい予測値T(c)i,jとの比をErとし、比Erの対数値を予測誤差とする。例えば、比Erが1.1倍であれば遅延側の誤差、0.9倍であれば早着側の誤差と解釈する形の表現方法である。
Expression (6) is a calculation expression assuming that the prediction error as a sample has a normal distribution. The difference between the predicted value and the actually measured value is called a difference prediction error. It is customary to express the difference prediction error as ± 10 seconds, and it may be applied to a series of mathematical expressions as it is. Here, the formula (3) is expanded to use the formula (7). In other words, the ratio between the predicted value T (a) i, j based on the constraint model and the desired predicted value T (c) i, j is Er, and the logarithmic value of the ratio Er is the prediction error. For example, if the ratio Er is 1.1 times, the error is on the delay side, and if it is 0.9 times, the error is on the early arrival side.

一方、列車到着時刻はおおむね対数正規分布をとる。また、上記制約モデルあるいはブラウン運動モデルに基づく予測誤差も対数正規分布をとる。すなわち、予測値、実績値は対数正規分布をとる。従って、予測値と実績値の比も対数正規分布をとり、予測値と実績値の比の対数値である予測誤差は正規分布となる。このため、予測値と実績値の比の対数値は、(6)式の計算の前提である正規分布に適合する。(7)式を用いると、予測誤差が負の値を取らないため、確率分布に関わる計算式の補正を要さずに、直接、正確かつ高速に利用できる。   On the other hand, the train arrival time has a lognormal distribution. Further, the prediction error based on the constraint model or the Brownian motion model also takes a lognormal distribution. That is, the predicted value and the actual value have a lognormal distribution. Therefore, the ratio between the predicted value and the actual value also has a lognormal distribution, and the prediction error that is the logarithmic value of the ratio between the predicted value and the actual value has a normal distribution. For this reason, the logarithmic value of the ratio between the predicted value and the actual value is adapted to the normal distribution which is the premise of the calculation of the equation (6). When the expression (7) is used, since the prediction error does not take a negative value, it can be directly and accurately used at high speed without requiring correction of a calculation expression related to the probability distribution.

以上の本発明の実施形態による列車運行予測の基本原理を整理すると、本実施形態で開示する予測方法には(1)式、(3)式、(7)式で表現される方法があり、(3)式及び(7)式は、(1)式を初期値として内部で利用する。さらに、それぞれの数式において、過去の実績値の中からどのサンプルをどのように選んで確率分布と考えるかには多種多様なバリエーションがある。すなわち、確率過程を構成するどの実績値を選ぶかによって計画情報や統計記録の形式は微小に異なる。ただし、その形式の変更は、適宜反映させればよい。また、説明の簡単化のために、本実施形態では列車到着時刻のみについて説明したが、列車運行における他の事象(列車出発時刻等)の予測に用いてもよい。あるいは、本実施形態の予測方法は、列車運行に限らず移動体全般に適用することができる。
また、本実施形態では、説明の簡単化のために、(3)式をベースとしてテーブルデータの構成例を示しているが、他の数式を用いてもよい。(7)式を用いる場合には、予測値の補正には(5)式に代えて(8)式を用いればよい。
When the basic principle of train operation prediction according to the above-described embodiment of the present invention is arranged, the prediction method disclosed in this embodiment includes a method expressed by Equation (1), Equation (3), Equation (7), Equations (3) and (7) are used internally with Equation (1) as an initial value. Furthermore, in each mathematical formula, there are a wide variety of variations in how to select which sample from past performance values and consider it as a probability distribution. That is, the format of the plan information and the statistical record is slightly different depending on which actual value constituting the stochastic process is selected. However, changes in the format may be appropriately reflected. Further, for simplification of explanation, only the train arrival time has been described in the present embodiment, but it may be used for prediction of other events (train departure time, etc.) in train operation. Or the prediction method of this embodiment is applicable not only to train operation but to the whole mobile body.
Further, in the present embodiment, for the sake of simplicity of explanation, a configuration example of table data is shown based on the formula (3), but other mathematical formulas may be used. When using equation (7), equation (8) may be used instead of equation (5) to correct the predicted value.

次に、以上説明した本発明による列車運行予測方法を適用して構成した運行予測システム100が実行するデータ処理について具体的に説明する。図7は、列車運行ダイヤグラムに基づく列車運行に関わる初期計画値について、実績値を反映して予測値を得るための予測処理フロー例を説明する図である。この予測処理は、運行予測システム100に格納されている予測モジュール110のプログラムによって実現され、特に予測値を補正するための処理は、補正計算部114によって実行される。なお、この予測処理の実行タイミングは、データサーバ200に格納されている実績計画データ220が変更された時と設定することが一般的であるが、適宜の時間間隔をもって定期的に実行したり、外部からの実行指示に基づいて実行したりするように設定してもよい。   Next, data processing executed by the operation prediction system 100 configured by applying the train operation prediction method according to the present invention described above will be specifically described. FIG. 7 is a diagram for explaining an example of a prediction process flow for obtaining a predicted value reflecting an actual value for an initial plan value related to train operation based on a train operation diagram. This prediction process is realized by the program of the prediction module 110 stored in the operation prediction system 100, and in particular, the process for correcting the predicted value is executed by the correction calculation unit 114. The execution timing of the prediction process is generally set to the time when the actual plan data 220 stored in the data server 200 is changed, but can be periodically executed at an appropriate time interval, You may set so that it may perform based on the execution instruction from the outside.

予測モジュール110は、S701(符号Sは「ステップ」を表す。以下本明細書において同じ。)で処理を開始すると、まずパラメータ120の設定を行う(S702)。予測モジュール110は、あらかじめ作成してメモリ12等に格納しておいたパラメータ(例えば、予測対象列車、対象駅、確率分布(予測誤差)の種類、対象時間範囲)の初期値を読み込み、後述するユーザ入力があればパラメータ初期値をユーザ入力値で置き換える処理も行う。   When the prediction module 110 starts processing in S701 (the symbol S represents “step”, the same applies in the present specification), first, the parameter 120 is set (S702). The prediction module 110 reads initial values of parameters (for example, a prediction target train, a target station, a probability distribution (prediction error) type, a target time range) created in advance and stored in the memory 12 or the like, which will be described later. If there is a user input, the process of replacing the parameter initial value with the user input value is also performed.

ユーザ入力は、例えば図9A、図9Bに示すユーザ入力画面900、910を利用して行うことができる。図9Aは運行予測システム100により予測処理を実行させる対象を設定するための予測処理設定画面900の例であり、チェックボックス、テキスト入力により、予測処理を行う線区、時間範囲を設定することができるようにしている。なお、予測処理を開始する場合、常時運行予測システム100が管理する全線区の全列車、全駅を対象とするように設定しておいてもよい。   User input can be performed using, for example, user input screens 900 and 910 shown in FIGS. 9A and 9B. FIG. 9A is an example of a prediction process setting screen 900 for setting a target for executing the prediction process by the operation prediction system 100. By setting a check box and text input, a line section and a time range for performing the prediction process can be set. I can do it. In addition, when starting a prediction process, you may set so that all the trains of all the line sections and all the stations which the continuous operation prediction system 100 manages may be made into object.

本実施形態では、パラメータ初期値があらかじめ設定されており、S702において、図9Bのユーザ入力画面を表示してユーザ入力を受けるように構成している。図9Bのユーザ入力画面910は、どのサンプルをどのように選んで誤差と考えるか、すなわち、計算対象とする確率分布を指定する。選択された確率分布に対応するテーブル(計画情報テーブル300、統計記録テーブル400、500)はあからじめデータサーバ200に用意しておく。予測処理に用いる現在時刻のデータは、図9Bの入力画面を通じて設定可能と構成してもよいし、コンピュータ10のプロセッサ11が使用している現在時刻を用いてもよい。   In this embodiment, parameter initial values are set in advance, and in S702, the user input screen of FIG. 9B is displayed to receive user input. The user input screen 910 in FIG. 9B designates which sample is selected and considered as an error, that is, a probability distribution to be calculated. Tables corresponding to the selected probability distribution (plan information table 300, statistics recording tables 400, 500) are prepared in the data server 200 in advance. The current time data used for the prediction process may be configured to be set via the input screen of FIG. 9B, or the current time used by the processor 11 of the computer 10 may be used.

図9Bのユーザ入力画面910では、具体的にはユーザは初期計画の補正に利用する実績値の利用範囲を指定する。本実施形態の運行予測システム100は、予測方法Aと予測方法Bの2つの方法で求めた予測誤差を扱うので、ユーザは入力画面910を用いてそれぞれの誤差を計算する対象(例えば、対象列車、対象駅、確率分布(予測誤差)の種類、対象時間範囲)をパラメータとして指定する。予測範囲として、列車の種類には、当該列車、先行列車、後続列車などがある。駅の種類には、当該駅、前駅、次駅などがある。時間範囲には、当日、前日、前日までの複数日などがある。実績値の利用方法には、これらの組み合わせが考えられ、前記のようにこれらの指定をパラメータとして扱う。具体的には、例えばユーザ入力画面910を表示し、ユーザが利用する実績値を選択することによって、S702及び/又はS802において、パラメータ設定を行えるようにしている。当該列車のチェックボックスにチェックを入れると、予測方法A向けに、列車ID401
ごとの統計記録データ450を作成する。図9Bでは省略しているが、画面下方に表示領域をスクロールすることによって、予測方法B向けに、同様の指定項目を用意している。本実施形態では(4)式によって算出している2つの予測モデルの適用比率をユーザ入力で指定可能としてもよい。ユーザ入力画面910を介してユーザが利用する実績値の組み合わせの数だけ、統計記録テーブル400,500に対応するテーブルをあらかじめ準備しておく。統計計算部113、補正計算部114では、設定可能な実績値の組み合わせに応じた統計記録処理を実行可能とする数式等をあらかじめ用意しておく。
In the user input screen 910 of FIG. 9B, specifically, the user designates the usage range of the actual value used for correcting the initial plan. Since the operation prediction system 100 of the present embodiment handles prediction errors obtained by the two methods of the prediction method A and the prediction method B, the user uses the input screen 910 to calculate each error (for example, the target train). , Target station, probability distribution (prediction error) type, target time range) are specified as parameters. As the prediction range, the types of trains include the train, the preceding train, and the succeeding train. The types of stations include the station, the previous station, and the next station. The time range includes the current day, the previous day, and multiple days up to the previous day. Combinations of these are conceivable for the method of using the actual values, and these designations are treated as parameters as described above. Specifically, for example, a user input screen 910 is displayed, and a parameter value can be set in S702 and / or S802 by selecting an actual value used by the user. When the check box of the train is checked, the train ID 401 is used for the prediction method A.
Statistical recording data 450 for each is created. Although omitted in FIG. 9B, the same designation item is prepared for the prediction method B by scrolling the display area in the lower part of the screen. In the present embodiment, the application ratio of the two prediction models calculated by the expression (4) may be designated by user input. Tables corresponding to the statistical recording tables 400 and 500 are prepared in advance for the number of combinations of actual values used by the user via the user input screen 910. The statistical calculation unit 113 and the correction calculation unit 114 prepare in advance a mathematical formula or the like that enables execution of statistical recording processing according to a combination of record values that can be set.

S703において、統計計算部113は、設定されたパラメータに基づいて予測誤差Aを計算し、統計記録テーブル400を作成し、あるいは作成済みの統計記録テーブル400を更新する。その詳細な処理方法は、図10を用いて後に説明する。パラメータ120において、予測誤差Aが前日までのサンプルを使用するように指定されている場合、統計計算部113は、あらかじめ計算してメモリ12上に格納しておいた予測誤差Aを取得してもよい。   In S703, the statistical calculation unit 113 calculates the prediction error A based on the set parameter, creates the statistical recording table 400, or updates the created statistical recording table 400. The detailed processing method will be described later with reference to FIG. In the parameter 120, when the prediction error A is specified to use the samples up to the previous day, the statistical calculation unit 113 may acquire the prediction error A that has been calculated and stored in the memory 12 in advance. Good.

次に、S704において、統計計算部113は、設定されたパラメータに基づいて予測誤差Bを計算し、統計記録テーブル500を作成し、あるいは作成済みの統計記録テーブル500を更新する。その詳細な処理方法は、図10を用いて後に説明する。   In step S <b> 704, the statistical calculation unit 113 calculates the prediction error B based on the set parameters, creates the statistical recording table 500, or updates the created statistical recording table 500. The detailed processing method will be described later with reference to FIG.

次いで予測モジュール110は、S705において、予測対象となる列車ID301を特定する。予測処理の対象となる列車ID301が存在すると判定すれば、予測モジュール110は、初期計画データ210を参照し、現在時刻以降で対象駅を出発あるいは対象駅に到着する列車の順に予測対象を選択する。予測モジュール110は、さらに、制約計算部112に格納されたプログラムをコールし、初期計画データ210、実績計画データ220を読み込み、(1)式を用いて制約計画データ230を作成して、メモリ12に保存する。すべての予測対象となる列車ID301について計算が終了したと判定すれば、予測モジュール110は予測処理を終了する(S709)。   Next, the prediction module 110 identifies the train ID 301 to be predicted in S705. If it is determined that there is a train ID 301 to be subjected to the prediction process, the prediction module 110 refers to the initial plan data 210 and selects a prediction target in order of trains that depart from the target station or arrive at the target station after the current time. . The prediction module 110 further calls a program stored in the constraint calculation unit 112, reads the initial plan data 210 and the actual plan data 220, creates the constraint plan data 230 using the equation (1), and creates the memory 12 Save to. If it determines with calculation having been completed about train ID301 used as all the prediction targets, the prediction module 110 will complete | finish a prediction process (S709).

次に、S706において、予測モジュール110の補正計算部114は、予測誤差Aの傾向を次の予測に反映する比率rと予測誤差Bの比率qとについて、(4)式を用いて最適値を計算する。   Next, in S <b> 706, the correction calculation unit 114 of the prediction module 110 calculates an optimum value for the ratio r that reflects the tendency of the prediction error A in the next prediction and the ratio q of the prediction error B using Equation (4). calculate.

次に、S707において、補正計算部114は、(5)式を用いて、実績値に基づく予測誤差を反映した予測補正量(補正平均値、補正分散)を決定し、予測到着時刻Ti,j、補正平均値、補正分散の値を算出する。補正平均値は、予測誤差A、Bそれぞれの平均値に比率q、rを乗じて加算したものである。補正分散も同様に、予測誤差A、Bそれぞれの分散に比率q、rを乗じて加算することにより得られる。   Next, in S707, the correction calculation unit 114 determines the prediction correction amount (corrected average value, correction variance) reflecting the prediction error based on the actual value using the formula (5), and the predicted arrival time Ti, j Then, a correction average value and a correction variance value are calculated. The corrected average value is obtained by multiplying the average values of the prediction errors A and B by the ratios q and r and adding them. Similarly, the correction variance is obtained by multiplying the variances of the prediction errors A and B by the ratios q and r and adding them.

次に、S708において、予測モジュール110は、(5)式を用いて予測値を計算する。予測誤差A,Bの比率q、rはS706で算出済みである。予測到着時刻の初期値T(ini)i,jは、制約計画データ230の対応する予測値を用いる。平均値μ、分散σは対応する計画情報から読み出し、ウィナー過程を示すBi,jは期待値ゼロとして扱う。これによって、(5)式は一意の数値を生成する。 Next, in S708, the prediction module 110 calculates a prediction value using equation (5). The ratios q and r of the prediction errors A and B have been calculated in S706. As the initial value T (ini) i, j of the predicted arrival time, the corresponding predicted value of the constraint plan data 230 is used. The average value μ and the variance σ are read from the corresponding plan information, and Bi, j indicating the winner process is treated as zero expected value. Thus, equation (5) generates a unique numerical value.

なお、図7の例ではS708において予測結果を出力すると、予測モジュール110はS705に戻って予測対象の特定を行い、予測対象がないと判定した場合には、処理を終了する構成としている。しかし、S705で予測対象がないと判定した場合に、さらに列車運行状況に応じて実績計画データ220が更新されているかを判定し、更新されていると判定した場合はS702に戻ってあらたな予測処理を実行するようにしてもよい。   In the example of FIG. 7, when the prediction result is output in S708, the prediction module 110 returns to S705 to specify the prediction target, and when it is determined that there is no prediction target, the process is terminated. However, if it is determined in S705 that there is no prediction target, it is further determined whether the actual plan data 220 is updated according to the train operation status, and if it is determined that it is updated, the process returns to S702 and a new prediction is made. Processing may be executed.

次に、本実施形態の運行予測システム100によって実行される、図7に例示した一連の予測処理について、図3A〜図3D、図4、及び図5を用いて、より具体的に説明する。以下においては、列車ID401が「001」で特定される列車(以下「当該列車」)が、駅ID403が「AA4」で特定される駅(以下「当該駅」)に到着する時刻を予測する場合を説明する。   Next, the series of prediction processes illustrated in FIG. 7 executed by the operation prediction system 100 of the present embodiment will be described more specifically with reference to FIGS. 3A to 3D, 4, and 5. In the following, the time when the train identified by the train ID 401 “001” (hereinafter “the train”) arrives at the station identified by the station ID 403 “AA4” (hereinafter “the station”) is predicted. Will be explained.

図7のS703において、予測誤差Aには、前日までの列車、駅ごとの統計記録(図4の統計記録テーブル400)を用いる。S704において、予測誤差Bには、当日の駅、時間帯ごとの統計記録(図5の統計記録テーブル500)を用いる。S705において、運行予測システム100が管理する全列車について順次処理していく中で、当該列車が当該駅に到着する到着時刻に着目する場合を考える。   In S703 of FIG. 7, for the prediction error A, the statistical record for each train and station up to the previous day (the statistical recording table 400 of FIG. 4) is used. In S704, for the prediction error B, the statistical record for each station and time zone on the current day (statistical record table 500 in FIG. 5) is used. Consider a case where attention is paid to the arrival time at which the train arrives at the station in the course of sequentially processing all trains managed by the operation prediction system 100 in S705.

図4において、当該列車の当該駅到着の計画時刻404は14時である。これは、図3Aの初期計画データ210において、列車ID301が「001」である列車で計画された到着時刻305と整合する。図4の前日分までの統計記録データ(列車・駅別データ450)において、当該列車の当該駅における到着時刻を予測した予測値と実績値の誤差平均405は20秒であり、誤差分散406は5秒、サンプル数408は33である。この統計数値の例では、予測誤差Aでは、誤差分散はある程度少なく、またサンプル数が多いことから、ある程度の信頼性がある誤差平均値の予測を生み出す傾向がある。   In FIG. 4, the scheduled time 404 for arrival of the train at the station is 14:00. This matches the arrival time 305 planned for the train whose train ID 301 is “001” in the initial plan data 210 of FIG. 3A. In the statistical record data (train / station-specific data 450) up to the previous day in FIG. 4, the error average 405 of the predicted value and the actual value that predicted the arrival time of the train at the station is 20 seconds, and the error variance 406 is The sample number 408 is 33 for 5 seconds. In this statistical value example, the prediction error A tends to produce a prediction of an error average value with a certain degree of reliability because the error variance is small to some extent and the number of samples is large.

一方、図5において、図4における当該列車(列車ID401=001)の当該駅への到着計画時刻404である14時を含むのは、時間帯503=13:41〜14:00である1行目のレコードであり、予測誤差Bでは、誤差平均504は35秒、誤差分散505は28秒、サンプル数507は5である。この統計数値の例では、予測誤差Bでは、誤差平均504から見て先行列車では予測誤差に大きめの遅れが生じている傾向があり、誤差分散505は予測誤差Aの場合より大きいこととサンプル数507が少ないことから、誤差平均値への信頼性が低いことがわかる。   On the other hand, in FIG. 5, the line including the 14:00, which is the planned arrival time 404 of the train (train ID 401 = 001) in FIG. 4, in the time zone 503 = 13: 41 to 14:00 In the prediction record B, the error average 504 is 35 seconds, the error variance 505 is 28 seconds, and the number of samples 507 is 5. In this statistical value example, the prediction error B tends to cause a larger delay in the prediction error in the preceding train as viewed from the error average 504, and the error variance 505 is larger than the prediction error A and the number of samples. Since 507 is small, it can be seen that the reliability of the error average value is low.

図7のS706において、予測誤差Aの誤差分散406である5をσa、予測誤差Bの誤差分散505である28をσb、共分散407及び共分散506の−0.11をσabとして、予測外れリスクDp=0と置いて、(4)式の2次方程式の解、すなわち予測適用比率q(あるいはr)の最適値を計算する。なお、予測誤差Aと予測誤差Bとの共分散は、この時点で−0.11であり、ゼロに近く、2つの確率分布はあまり連動しない傾向を示している。   In S706 of FIG. 7, the error variance 406 of the prediction error A is σa, 28 that is the error variance 505 of the prediction error B is σb, and −0.11 of the covariance 407 and the covariance 506 is σab. With the risk Dp = 0, the solution of the quadratic equation (4), that is, the optimum value of the predicted application ratio q (or r) is calculated. Note that the covariance between the prediction error A and the prediction error B is −0.11 at this point, which is close to zero and shows a tendency that the two probability distributions do not link much.

S707において、当該列車が当該駅に到着する到着時刻の予測値を得る。予測誤差Aと予測誤差Bのどちらか片方だけの確率分布によっても当該列車の当該駅への到着時刻予測が可能であるが、予測適用比率q(あるいはr)の最適値は、複数の予測誤差の傾向を反映し、予測外れリスクを最小化して安定して高精度な予測値を生成することを可能とする。   In S707, a predicted value of arrival time at which the train arrives at the station is obtained. Although it is possible to predict the arrival time of the train at the station by using only one of the prediction error A and the prediction error B, the optimal value of the prediction application ratio q (or r) is a plurality of prediction errors. Therefore, it is possible to stably generate highly accurate prediction values by minimizing the risk of unforeseen predictions.

S708において、予測計画データ250(図3D)の到着時刻305として予測値を出力する。なお、以上の予測処理手順によって、同様に出発時刻を予測してもよい。   In S708, a predicted value is output as the arrival time 305 of the predicted plan data 250 (FIG. 3D). Note that the departure time may be similarly predicted by the above prediction processing procedure.

次に、本実施形態における統計情報の更新処理について説明する。図8は、運行予測における実績値と予測値との誤差に基づいて統計情報を更新する処理手順を説明する図である。ここで利用される統計計算方法は、予測モジュール110の統計計算部113にプログラムとして格納されている。   Next, statistical information update processing according to the present embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating a processing procedure for updating statistical information based on an error between the actual value and the predicted value in the operation prediction. The statistical calculation method used here is stored as a program in the statistical calculation unit 113 of the prediction module 110.

この統計情報更新処理は、例えばデータサーバ200に格納されている実績計画データ
220が変更された(サンプルが追加された)ことを契機として実行することができる。図8のS801で処理を開始すると、まず統計計算部113は、S802において、図7の予測処理におけるS702の処理と同様に、パラメータ120の設定を行う。次いで、統計計算部113は、S803において、初期計画データ210、実績計画データ220、制約計画データ230、統計記録データ240、及び予測計画データ250を読み込む。
This statistical information update process can be executed when, for example, the actual plan data 220 stored in the data server 200 is changed (a sample is added). When the process starts in S801 of FIG. 8, first, the statistical calculation unit 113 sets the parameter 120 in S802, as in the process of S702 in the prediction process of FIG. Next, the statistical calculation unit 113 reads the initial plan data 210, the actual plan data 220, the constraint plan data 230, the statistical record data 240, and the prediction plan data 250 in S803.

次に、統計計算部113は、S804において、(7)式を用いて、実績計画データ220内の実績値と予測計画データ250内の予測値との比、及びその比の対数値を計算する。時刻T1の時点で予測値を算出し、その予測値に対する実績値が時刻T2(>T1)以降に入力される。実績計画データ220において実績値が未入力の項目については予測誤差が計算できないため、処理をスキップする。統計記録テーブル400,500の管理409、管理508の項目において、どの予測値の予測誤差が集計済みかの記録を入れておく。S805において、統計計算部113は、予測計画データ250において、出発時刻304あるいは到着時刻305の予測値が作成済みであって、統計記録テーブル400,500において予測誤差が集計済みでなければ、(6)式を用いて統計記録データ(例えば誤差平均、誤差分散、共分散、サンプル数)を作成し、あるいは更新して処理を終了する(S806)。以上の統計情報更新処理により、運行予測システム100により得られた列車運行に関する予測値に対する実績値の誤差が適時に予測処理に反映され、運行予測精度を向上させることができる。   Next, in S804, the statistical calculation unit 113 calculates the ratio between the actual value in the actual plan data 220 and the predicted value in the predicted plan data 250, and the logarithmic value of the ratio, using Equation (7). . A predicted value is calculated at time T1, and the actual value for the predicted value is input after time T2 (> T1). Since the prediction error cannot be calculated for an item for which the actual value is not input in the actual plan data 220, the processing is skipped. In the items of management 409 and management 508 of the statistical recording tables 400 and 500, a record indicating which prediction value of the prediction error has been aggregated is entered. In S805, the statistical calculation unit 113 creates a predicted value of the departure time 304 or the arrival time 305 in the prediction plan data 250, and if the prediction errors have not been aggregated in the statistical recording tables 400 and 500, (6 ) Is used to create or update statistical recording data (for example, error average, error variance, covariance, number of samples) (step S806). By the above statistical information update process, the error of the actual value with respect to the predicted value regarding the train operation obtained by the operation prediction system 100 is reflected in the prediction process in a timely manner, and the operation prediction accuracy can be improved.

次に、本実施形態の運行予測システム100における予測結果出力例について説明する。図10は、予測結果出力画面例を説明する図である。予測結果出力画面は、運行予測システム100の予測モジュール110が算出した予測結果について生成され、入出力装置14のモニタ画面、運転支援システム1000の列車車上モニタ画面等に出力される。   Next, a prediction result output example in the operation prediction system 100 of the present embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a prediction result output screen. The prediction result output screen is generated for the prediction result calculated by the prediction module 110 of the operation prediction system 100, and is output to the monitor screen of the input / output device 14, the on-train monitor screen of the driving support system 1000, and the like.

画面80は計画情報を図示しており、位置81、時間82の2次元空間を示している。例えば(出発駅、出発時刻)−(到着駅、到着時刻)というベクトルは通常の列車運行ダイヤグラムと同様に、列車の移動を線分で表している。すでに説明したように、列車到着時刻の予測値は確率分布しており、平均値、分散によって定まる確率密度関数を用いて表現することができる。図10では、この確率密度関数の出力値の大きさに比例して予測的中確率の分布を示す領域84(三角形の領域)内を濃淡で表現している。図10の例では、その下段に模式的に示しているように、領域84は、列車を表す線分上で当該列車が減速を開始する位置を頂点とし、到着時刻の初期予測値に対して最も遅れる場合と最も早まる場合の予測誤差に対応する到着予測時刻へ前記頂点からそれぞれ引いた線分と駅位置を示す水平線との2つの交点とで形成される三角形として規定している。到着時刻の予測値を示す確率分布は初期予測値において最大値をとり、延着側、早着側にそれぞれ減少する形態となるので、その確率分布の適宜の数値範囲で領域84を微小領域84Aに分割し、各領域84Aに確率密度に対応した表示濃度を割り当てるようにしている。このような表示方法はあくまでも一例であり、初期予測値に対する確率分布の変化を視覚的に表現できる形態であればどのような表示形態を採用してもよい。   A screen 80 illustrates plan information and shows a two-dimensional space of a position 81 and a time 82. For example, a vector of (departure station, departure time) − (arrival station, arrival time) represents the movement of the train by a line segment, as in a normal train operation diagram. As already described, the predicted value of the train arrival time has a probability distribution, and can be expressed using a probability density function determined by an average value and variance. In FIG. 10, the area 84 (triangular area) showing the distribution of the predictive medium probability in proportion to the output value of the probability density function is expressed by shading. In the example of FIG. 10, as schematically shown in the lower stage, the region 84 has a position where the train starts to decelerate on the line segment representing the train, and the initial predicted value of the arrival time. It is defined as a triangle formed by two intersections of a line segment drawn from the apex to the predicted arrival time corresponding to the prediction error in the case of the latest and the earliest and the horizontal line indicating the station position. The probability distribution indicating the predicted value of the arrival time takes a maximum value in the initial predicted value and decreases to the arrival side and the early arrival side. Therefore, the region 84 is changed into the minute region 84A within an appropriate numerical range of the probability distribution. A display density corresponding to the probability density is assigned to each area 84A. Such a display method is merely an example, and any display form may be employed as long as the form can visually represent a change in the probability distribution with respect to the initial predicted value.

ここで、統計情報として統計記録テーブル400等に格納されている誤差分散406などは正規分布を仮定した数値なので、確率密度関数の出力値をそのまま利用すると平均値に対して左右均等な分布となる。実際には(8)式に示す対数正規分布が予測誤差分布の本来の形状であり、図10の列車ID=001を表す線分の右側(延着側)に確率密度の分布が偏るのが本来である。そこで、あらかじめ定めた定数を用いて平均値より大きな出力を取る確率密度(到着遅れ側の確率密度)を高めて描画する方法を図7のS708(予測結果出力ステップ)に備えることにより、より実際に即した適切な濃淡表現を近似的に得ることができる。あるいは、(8)式自体を確率密度関数として用いてもよい。図10
の予測結果出力画面例によれば、到着列車806の到着予測時刻に同期させて、出発列車805の出発時刻を定めて出発制御することによって、到着列車が発生する回生電力を出発列車が有効に活用することができ、鉄道システムの省エネルギー効果を高めることが可能となる。
Here, since the error variance 406 and the like stored in the statistical recording table 400 as statistical information is a numerical value assuming a normal distribution, if the output value of the probability density function is used as it is, the distribution becomes equal to the left and right with respect to the average value. . Actually, the lognormal distribution shown in the equation (8) is the original shape of the prediction error distribution, and the probability density distribution is originally biased to the right side (extension side) of the line segment representing the train ID = 001 in FIG. It is. Therefore, by using a predetermined constant and increasing the probability density (probability density on the arrival delay side) of taking an output larger than the average value, a method of drawing is provided in S708 (prediction result output step) in FIG. Accordingly, an appropriate gray level expression can be obtained approximately. Or you may use (8) Formula itself as a probability density function. FIG.
According to the prediction result output screen example, the departure train makes effective use of the regenerative power generated by the arrival train by determining departure time of the departure train 805 in synchronization with the arrival prediction time of the arrival train 806. This makes it possible to increase the energy saving effect of the railway system.

以上詳細に説明したように、本実施形態の運行予測システム100によれば、異なるサンプル群に基づく運行予測に関する予測誤差を適宜に組み合わせることにより、最終的な運行予測に関する予測誤差を可及的に小さくして予測精度を高めることができる。これにより、特に鉄道システムにおいては、駅への到着列車が減速にともなって発生する回生電力を、当該駅を発車する他の列車の力行用電力として有効に消費させることができ、鉄道システムのエネルギー効率向上に資することができる。   As described above in detail, according to the operation prediction system 100 of the present embodiment, the prediction error related to the final operation prediction is made as much as possible by appropriately combining the prediction errors related to the operation prediction based on different sample groups. The prediction accuracy can be increased by reducing the size. As a result, particularly in the railway system, the regenerative power generated when the train arriving at the station decelerates can be effectively consumed as powering power for other trains leaving the station. It can contribute to efficiency improvement.

なお、以上で説明した実施形態は一例であり、本発明はこれらに限られない。すなわち、本発明は様々な応用が可能であり、あらゆる実施の形態が本発明の範囲に含まれる。例えば本発明は鉄道システムにかぎらず、所定のスケジュールで運行される移動体(航空機、路線バスなど)を含む種々のシステムにおける運行状況の予測処理に適用することが可能である。   The embodiment described above is an example, and the present invention is not limited to these. That is, the present invention can be applied in various ways, and all embodiments are included in the scope of the present invention. For example, the present invention is not limited to a railway system, and can be applied to operation status prediction processing in various systems including mobile bodies (aircraft, route buses, etc.) that are operated on a predetermined schedule.

1 業務支援システム
10 コンピュータ
11 プロセッサs
12 メモリ
13 補助記憶装置
14 入出力装置
15 通信装置
100 運行予測システム
110 予測モジュール
111 データ受信部
112 制約計算部
113 統計計算部
114 補正計算部
115 データ送信部
120 パラメータ記憶部
200 データサーバ
210 初期計画データ
220 実績計画データ
230 制約計画データ
240 統計記録データ
250 予測計画データ
300 計画情報テーブル
400,500 統計記録テーブル
1000 運転支援システム
2000 運行管理システム
3000 電力管理システム
4000 サービスシステム
1 business support system 10 computer 11 processor
12 memory 13 auxiliary storage device 14 input / output device 15 communication device 100 operation prediction system 110 prediction module 111 data reception unit 112 constraint calculation unit 113 statistical calculation unit 114 correction calculation unit 115 data transmission unit 120 parameter storage unit 200 data server 210 initial plan Data 220 Actual plan data 230 Constraint plan data 240 Statistical record data 250 Predictive plan data 300 Plan information tables 400 and 500 Statistical record table 1000 Operation support system 2000 Operation management system 3000 Power management system 4000 Service system

Claims (10)

移動体の運行状況を予測するための運行予測システムであって、
前記移動体の運行状況に関わるデータについての初期予測値と、前記データについて実際の運行を通じて得られた実績値との誤差である予測誤差について、指定された運行場所と運行時間範囲とで定まる前記移動体のサンプルに関し、前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を算出する統計計算部と、
2以上の異なる前記サンプルのグループについて前記統計計算部が算出した前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を誤差の分散値が最小となるように組み合わせて利用することにより前記移動体の運行状況に関わるデータの予測値を算出する予測計算部と、
を備えている運行予測システム。
An operation prediction system for predicting the operation status of a moving object,
The prediction error, which is an error between the initial prediction value for the data related to the operation status of the moving object and the actual value obtained through the actual operation for the data, is determined by the specified operation location and the operation time range. A statistical calculation unit that calculates an average value, a variance value, and a covariance value of the prediction error for a sample of a moving object;
By using the average value, variance value, and covariance value of the prediction error calculated by the statistical calculation unit for two or more different groups of samples in combination so as to minimize the error variance value, the moving object A prediction calculator that calculates a predicted value of data related to the operation status of
Operation prediction system equipped with.
請求項1に記載の運行予測システムであって、
前記予測計算部は、特定の2つの離れた地点を通過する2つの前記移動体について、前記移動体の前記2地点間の移動時間と、先行する前記移動体が一の前記地点を出発してから続行する前記移動体が当該一の地点に到着するまでに確保されるべき最小時間間隔とを制約条件として前記初期予測値を算出し、
異なる前記サンプルのグループは、予測処理実行前日までに収集された前記実績値を含む第1のグループと、予測処理実行当日に収集された前記実績値を含む第2のグループであり、
前記統計計算部は、前記第1のグループ及び前記第2のグループに関して、それぞれ前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を算出し、
前記予測計算部は、前記第1のグループ及び前記第2のグループに関する、前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値から前記予測誤差の分散を最小とする前記第1のグループ及び前記第2のグループに関する、前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値の比率を算出し、当該比率に応じて前記初期予測値を補正する、
運行予測システム。
The operation prediction system according to claim 1,
For the two moving objects that pass through two specific remote points, the prediction calculation unit determines the moving time between the two points of the moving object, and the preceding moving object starts from the one point. The initial predicted value is calculated with the minimum time interval that should be secured before the mobile body to continue from the point of arrival as a constraint,
The different groups of samples are a first group including the actual values collected by the day before the prediction process execution, and a second group including the actual values collected on the day of the prediction process execution,
The statistical calculation unit calculates an average value, a variance value, and a covariance value of the prediction error for the first group and the second group, respectively.
The prediction calculation unit relates to the first group and the second group, the first group that minimizes the variance of the prediction error from the average value, the variance value, and the covariance value of the prediction error. Calculating a ratio of the average value, the variance value, and the covariance value of the prediction error for the second group, and correcting the initial prediction value according to the ratio;
Operation prediction system.
請求項1に記載の運行予測システムであって、
前記統計計算部は、前記移動体の運行状況に関わるデータについての予測値と実績値との比の対数値を予測誤差として計算する、運行予測システム。
The operation prediction system according to claim 1,
The statistical calculation unit is an operation prediction system that calculates a logarithmic value of a ratio between a predicted value and an actual value of data related to the operation status of the moving object as a prediction error.
請求項2に記載の運行予測システムであって、
前記第1のグループに含まれる前記サンプルは、前記予測処理実行前日までの所定期間に、特定の前記地点に到着する複数の前記移動体それぞれについての到着時刻であり、
前記第2のグループに含まれる前記サンプルは、前記予測処理実行当日の特定の時間範囲ごとに、特定の前記地点に到着する複数の前記移動体それぞれについての到着時刻である、
運行予測システム。
The operation prediction system according to claim 2,
The sample included in the first group is an arrival time for each of the plurality of moving objects that arrive at the specific point in a predetermined period until the day before the prediction process is performed,
The sample included in the second group is an arrival time for each of the plurality of moving objects that arrive at the specific point for each specific time range on the prediction process execution day.
Operation prediction system.
請求項1に記載の運行予測システムであって、
前記予測計算部が予測処理の対象とする前記移動体、地点、及び当該移動体の運行時間範囲の少なくともいずれか一つを指定することを可能とするとともに、
異なる前記サンプルのグループごとに、前記実績値の適用範囲としての前記移動体、前記地点、及び前記実績値が収集された時間範囲を指定することを可能とする入力指示部を、
備えている運行予測システム。
The operation prediction system according to claim 1,
While enabling the prediction calculation unit to designate at least one of the moving object, the point, and the operating time range of the moving object that are subject to prediction processing,
For each different group of samples, an input instructing unit that makes it possible to specify the time range in which the mobile object, the point, and the actual value are collected as the application range of the actual value,
Equipped with an operation prediction system.
請求項1に記載の運行予測システムであって、
前記移動体及び地点の位置を所定の基準地点からの距離で表す第1の軸と、前記移動体の移動を時間で表す第2の軸とが直交する2軸である平面において、予測対象となる前記移動体の移動軌跡を、2つの隣接する前記地点間において、特定の前記地点の位置と出発時刻、及び次の前記地点の位置と到着時刻とを結ぶ線分として表示し、
前記移動体の運行状況に関するデータとしての前記到着時刻について、誤差分散値に基づいて、予測された到着時刻ごとの発生確率を計算し、前記線分の前記次の地点に到達する終点の周りを前記発生確率に応じて視覚的に識別可能とするとともに、前記視覚的に識別可能とされた範囲が、前記線分より時間的に下流の側において、上流側よりも幅広となるように設定する出力部を備えている、運行予測システム。
The operation prediction system according to claim 1,
In a plane in which a first axis representing the position of the moving body and the point by a distance from a predetermined reference point and a second axis representing the movement of the moving body by time are two axes, The moving trajectory of the mobile object is displayed as a line segment connecting the position and departure time of the specific point and the position and arrival time of the next point between two adjacent points,
For the arrival time as data relating to the operation status of the mobile object, the occurrence probability for each predicted arrival time is calculated based on the error variance value, and around the end point reaching the next point of the line segment According to the occurrence probability, it is visually identifiable, and the visually identifiable range is set to be wider on the downstream side than the line segment on the upstream side. An operation prediction system equipped with an output unit.
請求項1に記載の運行予測システムであって、
前記移動体は鉄道システムで運行される列車であり、地点は鉄道システムに設置される駅であり
前記予測計算部は、特定の2つの離れた地点を通過する2つの前記移動体について、前記移動体の前記2地点間の移動時間と、先行する前記移動体が一の前記地点を出発してから続行する前記移動体が当該一の地点に到着するまでに確保されるべき最小時間間隔とを制約条件として前記初期予測値を算出し、
異なる前記サンプルのグループは、予測処理実行前日までに収集された前記実績値を含む第1のグループと、予測処理実行当日に収集された前記実績値を含む第2のグループであり、
前記統計計算部は、前記第1のグループ及び前記第2のグループに関して、それぞれ前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を算出し、
前記予測計算部は、前記第1のグループ及び前記第2のグループに関する、前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値から前記予測誤差の分散を最小とする前記第1のグループ及び前記第2のグループに関する、前記予測誤差の分散σ,σ、及び共分散σabの値の比率q,r(q+r=1)を、分散Dpを表す(1)式
においてDp=0となるように解いて算出し、
当該比率q,rに応じて前記初期予測値T(a)i,jを、(2)式
(ただし、Bi,jはウィーナー過程)
によって補正する、
運行予測システム。
The operation prediction system according to claim 1,
The moving body is a train operated by a railway system, and the point is a station installed in the railway system ,
For the two moving objects that pass through two specific remote points, the prediction calculation unit determines the moving time between the two points of the moving object, and the preceding moving object starts from the one point. The initial predicted value is calculated with the minimum time interval that should be secured before the mobile body to continue from the point of arrival as a constraint,
The different groups of samples are a first group including the actual values collected by the day before the prediction process execution, and a second group including the actual values collected on the day of the prediction process execution,
The statistical calculation unit calculates an average value, a variance value, and a covariance value of the prediction error for the first group and the second group, respectively.
The prediction calculation unit relates to the first group and the second group, the first group that minimizes the variance of the prediction error from the average value, the variance value, and the covariance value of the prediction error. For the second group, the ratios q, r (q + r = 1) of the variances σ a and σ b of the prediction error and the covariance σ ab are expressed by equation (1).
And calculate so that Dp = 0.
According to the ratios q and r, the initial predicted value T (a) i, j is expressed by equation (2).
(Bi, j are Wiener processes)
To correct by
Operation prediction system.
請求項7に記載の運行予測システムであって、
前記統計計算部は、前記移動体の運行状況に関わるデータについての予測値と実績値との比の対数値
(ただし、Bi,jはウィーナー過程)
を予測誤差として計算する、運行予測システム。
The operation prediction system according to claim 7,
The statistical calculation unit is a logarithmic value of the ratio between the predicted value and the actual value for the data related to the operation status of the moving object.
(Bi, j are Wiener processes)
An operation forecasting system that calculates as a prediction error.
移動体の運行状況を予測するための運行予測方法であって、
プロセッサとメモリとを備えたコンピュータが、
前記移動体の運行状況に関わるデータについての初期予測値と、前記データについて実際の運行を通じて得られた実績値との誤差である予測誤差について、指定された運行場所と運行時間範囲とで定まる前記移動体のサンプルに関し、前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を算出し、
2以上の異なる前記サンプルのグループについて統計計算部が算出した前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を誤差の分散値が最小となるように組み合わせて利用することにより前記移動体の運行状況に関わるデータの予測値を算出する、
運行予測方法。
An operation prediction method for predicting operation status of a moving object,
A computer with a processor and memory
The prediction error, which is an error between the initial prediction value for the data related to the operation status of the moving object and the actual value obtained through the actual operation for the data, is determined by the specified operation location and the operation time range. For the mobile sample, calculate the mean value, variance value, and covariance value of the prediction error,
By using the average value, the variance value, and the covariance value of the prediction error calculated by the statistical calculation unit for two or more different groups of samples in combination so that the variance value of the error is minimized, Calculate the predicted value of data related to operation status,
Operation prediction method.
移動体の運行状況を予測するために利用される運行予測プログラムであって、プロセッサとメモリとを備えたコンピュータに、
前記移動体の運行状況に関わるデータについての初期予測値と、前記データについて実際の運行を通じて得られた実績値との誤差である予測誤差について、指定された運行場所と運行時間範囲とで定まる前記移動体のサンプルに関し、前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を算出させ、
2以上の異なる前記サンプルのグループについて統計計算部が算出した前記予測誤差の平均値、分散値、及び共分散値を誤差の分散値が最小となるように組み合わせて利用することにより前記移動体の運行状況に関わるデータの予測値を算出させる、
運行予測プログラム。
An operation prediction program used to predict the operation status of a moving object, which is a computer having a processor and a memory,
The prediction error, which is an error between the initial prediction value for the data related to the operation status of the moving object and the actual value obtained through the actual operation for the data, is determined by the specified operation location and the operation time range. Regarding the sample of the moving object, the average value, the variance value, and the covariance value of the prediction error are calculated,
By using the average value, the variance value, and the covariance value of the prediction error calculated by the statistical calculation unit for two or more different groups of samples in combination so that the variance value of the error is minimized, Calculate the predicted value of data related to operation status,
Operation prediction program.
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