JP7467241B2 - 列車運転システム - Google Patents

Description

本発明は、列車群制御装置および列車自動運転システムに関し、特に列車間隔の乱れを自動的に解消するのに利用して有用な列車群の制御技術に関する。

従来、鉄道車両の車上装置と地上装置との間で無線通信を行なって列車を運行させるようにした自動運転システムには、計画ダイヤと各列車の位置、走行パターン（荷重に応じた速度パターンや到着予想時分等）を中央装置で管理できるように構成した列車自動運転システムにおいて、複数の列車間に進路競合が予測される場合に時間調整量を修正し路線上での不所望な抑止を回避するようにした発明や、乗車率が高い際の加速不良やＡＴＣによる先行列車との間隔制御などで遅れが生じた場合に到着時間の余裕に応じて省エネパターンを自動選択するようにした発明が提案されている（特許文献１、２参照）。
また、列車重量に応じた走行パターンを地上のチェックポイントの通過速度を予測し、線区を走行中の全列車の走行パターンを運行管理装置で監視することで遅れが予測される列車の出発合図を調整するようにした発明が提案されている（特許文献３参照）。

特開平５－１３１９３１号公報 特許第６０４７８２７号公報 特許第６２７５５９９号公報 特許第６３９３５３１号公報 特開平６－５６０３６号公報

しかしながら、特許文献１～３のいずれの先行発明も、計画ダイヤを基準として列車の在線位置に応じた遅れ時間の検出をトリガーに定時運行（回復）に向けた制御を開始する仕組みであり、遅れ事象の起点である駅の混雑や乗降時間の変動に応じた動的な制御はできていない。このため、走行パターン制御の最も大きな外乱である乗降時間の変動影響は、予め設定した計画ダイヤ上の余裕時分のみで吸収する形となり、特に首都圏線区のように、一部の駅で生じた乗降時間の超過が運転間隔の不均衡や、これによる後続列車に遅れが伝搬する事象を解消するには、ベテラン乗務員や指令員による経験的な運行調整に頼る以外なく、システムを活用した制御ができていないという課題がある。

なお、特許文献４には、各駅の統計的実績情報に基づく降車率と各列車の実混雑率（乗車率）とから、各駅における対象列車の混雑率を予測し、予測混雑率情報と列車間隔情報を生成する技術が開示されている。
しかし、特許文献４に記載されている発明は、予測混雑率情報と列車間隔情報を旅客が乗車列車を選択するのを支援するために提供することを目的としており、予測混雑率情報と列車間隔情報に基づいて列車の次駅停車時間や走行速度を制御することについては記載されていない。

また、特許文献５には、列車ダイヤ、列車速度・位置情報を読み込み、各列車の目標速度を算出して第１の速度指令を得、列車速度・位置情報と共に出力する進路制御装置と、進路制御装置からの第１の速度指令、列車速度・位置情報を読み込み、運行の列車ダイヤと比較して列車遅れを回復するようにまた前後の列車間隔がほぼ等間隔となるように各列車の目標速度を算出して第２の速度指令を得、かつこの第２の速度指令が第１の速度指令と異なる場合は当該第２の速度指令を進路制御装置に出力する列車群制御装置とを有し、列車遅れを回復するとともに前後の列車間隔がほぼ等間隔となるように各列車の速度を制御する列車運行管理システムに関する発明が開示されている。

しかし、特許文献５には、列車の各車両の乗車率と駅のホームの混雑率に基づいて次停車駅での乗降時間（停車時間）を予測することや、予測した停車時間に基づいて後続列車や先行列車の次駅停車時間や走行速度を制御することについては記載されていない。
本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、列車間隔の乱れおよびそれに伴う遅延の拡大が予想される場合に、列車間隔の乱れを解消し遅延の拡大を防止することができる列車群制御装置および列車自動運転システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本出願に係る発明は、
走行する列車の位置を把握し列車の走行に関する制御情報を前記列車へ送信する機能を有する列車群制御装置と、予め設定された規定停車時間または前記列車群制御装置から送信されて来る停止時間情報に応じた時間だけ少なくとも駅に停止した後に発車する複数の列車と、を有する列車運転システムにおいて、
走行する列車の車両ごとの乗車率に関する情報を取得する乗車情報取得手段と、
前記列車が停止する駅のホームの混雑に関する情報を取得する混雑情報取得手段と、
前記乗車率に関する情報と駅ホームの混雑情報とから次停車駅における停車時間の予測値を算出する予測停車時間算出手段と、
各列車の位置情報と前記停車時間の予測値とに基づいて、列車間隔が最も長くなると予測される２台の列車をワーストペアとして抽出するワーストペア抽出手段と、
所定のアルゴリズムに従った群制御を開始するか否か判定する群制御開始判定手段と、
前記ワーストペアの列車間隔に基づいて予測停車時間の規定停車時間に対する超過時間を算出する超過時間算出手段と、
前記群制御開始判定手段が、群制御を開始すると判定した場合に、前記超過時間を先行の列車と後続の列車のうち基準となる列車に近い列車ほど配分量が多くなるように設定された傾斜配分係数で分配し、前記ワーストペアのうち後ろの列車を基準としてそれよりも先行の列車と後続の列車へ、前記規定停車時間に前記分配された時間を加算した停止時間情報を生成する停止時間情報生成手段と、
前記停止時間情報生成手段により生成された情報を、対応する先行の列車および後続の列車のそれぞれへ送信する情報送信手段と、を備えているように構成したものである。

上記のように構成された列車群制御装置によれば、車両ごとの乗車率および駅のホームの混雑状況に基づいて次停車駅における停車時間が予測されるため、車両の乗車率または駅ホームの混雑率のいずれかに基づいて停車時間を予測する方式に比べて精度の高い予測を行うことができる。また、規定停止時間に分配された時間を加算した停止時間情報を先行の列車と後続の列車へ送信するため、列車間隔の乱れおよびそれに伴う遅延の拡大が予想される場合に、列車間隔の乱れを解消し遅延の拡大を防止することができる。
また、超過時間を、前記先行の列車と後続の列車のうち基準となる列車に近い列車ほど配分量が多くなるように設定された傾斜配分係数に従って分配するため、超過時間を等分して先行列車や後続列車に分配する場合に比べて、精度の高い群制御を行うことができ、短時間に列車間隔の乱れを解消し遅延の拡大を防止することができる。

ここで、望ましくは、前記駅のホームの混雑に関する情報は、前記ホームを列車の車両長さに応じて長手方向に分割したエリアごとの混雑を表わすスポット情報として提供されるようにする。
かかる構成によれば、車両の乗車率と駅ホームのスポットごとの混雑率を対応させて総合的に判断することができるため、より精度の高い次駅停止時間の予測を行うことができる。

また、望ましくは、前記群制御開始判定手段が、群制御を開始すると判定した場合に、前記停止時間情報生成手段が生成した停止時間情報に応じて、後続の列車へ通常時の走行速度よりも遅い速度で走行することを指示するコマンドを生成するコマンド生成手段を備え、
前記情報送信手段は、前記停止時間情報生成手段により生成された情報と、前記コマンド生成手段により生成されたコマンドを、対応する後続の列車へ送信するように構成する。

上記のような構成によれば、列車間隔の最も長いワースト列車の後続の列車へ、通常時の走行速度よりも遅い速度で走行することを指示するコマンドが送信されるため、例えばワースト列車の次駅での実停車時間が予測した停車時間よりも伸びたような場合に、ワースト列車の後続の列車が駅間で停止する事態が生じるのを回避することができる。

また、望ましくは、前記群制御開始判定手段は、前記ワーストペア抽出手段により抽出されたワーストペアの列車間隔が所定のしきい値を超えた場合に群制御を開始することを決定するように構成する。
かかる構成によれば、ワースト以外のペアの列車間隔に基づいて群制御を開始する場合に比べて、より短時間に列車間隔の乱れを解消し遅延の拡大を防止することができる。

また、本出願に係る他の発明は、前記複数の列車は、各々所定の走行パターンに従って走行駆動装置およびブレーキ装置を制御する運転制御手段および車両ごとの乗客数に関連する情報を検出する乗客数関連情報検出手段を有する自動運転列車であり、
前記自動運転列車が利用者の乗降のために停止する駅に対応して設けられ、対応する駅のホームの混雑状況に関する情報を提供する駅情報管理装置をさらに備えているように構成したものである。

上記のような構成の列車自動運転システムによれば、自動運転の列車が走行する路線において、列車間隔の乱れおよびそれに伴う遅延の拡大が予想される場合に、列車間隔の乱れを自動的に解消し遅延の拡大を防止することができる。

また、望ましくは、前記駅情報管理装置は、
駅のホームに設置された撮像装置からの画像情報を画像処理して利用者を識別可能な画像処理手段と、
駅の改札口に設置された改札機から入場者情報を取得する改札機情報取得手段と、
を備え、前記画像処理手段により識別された利用者情報と前記改札機情報取得手段によって取得した入場者情報とに基づいて、ホームを長手方向に分割したエリアごとの混雑を表わすスポット情報を生成するように構成する。
かかる構成によれば、駅のホームの所定時間後の混雑率を精度よく予測することができ、それによって着目する列車の次駅での停車時間の予測精度を高めることができる。

本発明に係る列車群制御装置および列車自動運転システムによれば、列車間隔の乱れおよびそれに伴う遅延の拡大が予想される場合に、列車間隔の乱れを解消し遅延の拡大を防止することができるという効果がある。

本発明に係る列車自動運転システムの一実施形態を示すシステム構成図である。 列車および駅の混雑状況の把握の仕方を示す模式図で、（Ａ）は予測処理を実行する時点での着目する列車および次駅の混雑率、（Ｂ）は当該列車が次駅に到着する時点での列車および次駅の混雑率を示す。 本発明を適用して有効な環状線の構成例と運転状況の例を示す説明図である。 列車自動運転システムの構成する列車群制御装置により実行される制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の変形例で使用する乗客数を縦軸、運行間隔を横軸にとった制御判定マップの例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る列車群制御装置および列車自動運転システムの一実施形態について説明する。図１は本発明に係る列車自動運転システム全体の構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る列車自動運転システムは、列車１０に搭載された自動運転制御機能を有する車上システム２０と、列車の位置や進路を把握しダイヤに従って走行しているか監視して図示しない信号保安システムへ進路情報を出力するとともに走行中の列車へ各種制御情報を送信する列車運行システム３０と、各駅に設けられプラットホーム（以下、ホームと略す）の混雑情報等を列車運行システム３０へ送信する駅情報管理装置４１によって構成されている。

このうち、車上システム２０は、信号保安システムのＡＴＣ（自動列車停止制御）地上装置からの停止位置情報に基づいてブレーキ装置を制御するＡＴＣ車上装置２１と、列車運行システム３０からの次駅停車時刻等の情報に基づいて走行パターン（ＡＴＯパターン）を生成し駆動装置（モータ）およびブレーキ装置を制御して走行パターンに従って走行させるＡＴＯ車上装置２２、ＡＴＯ車上装置２２と外部装置との間の信号のやり取りを行う車両インタフェース（車両Ｉ／Ｆ）２３、車両ＩＤ（識別コード）やＡＴＣパターンを記憶した記憶装置２４などを備える。

また、各列車１０には、車両ごとに重量を検出するためのセンサが搭載されており、ＡＴＯ車上装置２２は重量センサからの情報に基づいて車両ごとの乗車率（混雑率）を算出して、乗車率を車両ＩＤとともに列車運行システム３０へ送信する機能を有する。さらに、各列車１０には、走行速度および走行距離を算出するために車輪の回転数を検出する速度発電機が搭載されており、ＡＴＣ車上装置２１およびＡＴＯ車上装置２２は速度発電機からの信号に基づいて列車の走行速度を算出と走行制御に利用するとともに、ＡＴＯ車上装置２２は速度発電機からの信号に基づいて列車の走行距離を算出し、走行距離と始点位置とから在線位置を算出して列車運行システム３０へ送信する機能を有する。なお、ＡＴＯ車上装置２２は、各車両の車内に設置されたカメラが撮影した画像を画像処理することによって、乗客数を把握し、乗車率を算出して列車運行システム３０へ送信するように構成しても良い。

列車運行システム３０は、列車番号毎に「各駅出発時刻と次駅到着時刻、次駅到着時刻と予定時刻からの遅延時間に関する情報を含む実施ダイヤ情報」を格納したデータベースを備え、列車在線位置の情報に基づいてデータベース内の実施ダイヤ情報を参照して列車番号ごとに在線位置と時刻に応じた進路を設定するダイヤ管理装置３１と、列車在線位置の情報とダイヤ管理装置３１内の実施ダイヤ情報に基づいて管轄内の全列車の位置を列車番号と紐づけて把握するとともに各列車のＡＴＯ車上装置２２に対して制御情報を送信する機能を有する列車制御装置としてのＡＴＯ中央装置３２を備える。ダイヤ管理装置３１とＡＴＯ中央装置３２と駅情報管理装置４１は、通信ネットワーク３３を介して互いにデータ送受信可能に接続されている。

また、通信ネットワーク３３には、ＡＴＯ車上装置２２との間でデータ送受信を行う送受信部３４が接続されている。ＡＴＯ車上装置２２と送受信部３４との間の通信は無線通信であり、軌道の所定位置に設けられた地上子１１を介して情報を送受信する形態のものでも良いし、軌道回路の電流に乗せた信号で情報を送受信する形態のものでも良い。また、既存の路線で採用されているデジタル列車無線を使用するものであっても良い。
上記ＡＴＯ中央装置３２は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）と、ＭＰＵが実行するプログラムを記憶するＲＯＭのような不揮発性記憶装置とＲＡＭのような読み出し書き込み可能な記憶装置と、ネットワーク通信手段などから構成される。

また、ＡＴＯ中央装置３２は、ダイヤ管理装置３１から実施ダイヤ情報を、また管理下の全列車のＡＴＯ車上装置２２から車両ＩＤや列車位置および運転方向、運転モードなどの情報を取得して列車運行状況を把握して、ＡＴＯ車上装置２２へ送信する適切な制御コマンドや次駅停止時間情報等を生成する機能を有するように構成されている。
一方、ＡＴＯ車上装置２２は、車両に搭載されている記憶装置２４に予め記憶されている駅間ごとに作成された走行パターン（ＡＴＯパターン）を読み出して、あるいはＡＴＯ中央装置３２からの次駅停車時刻等の情報に基づいて走行パターンを生成して、その走行パターンとそのときの列車の位置や走行速度に基づいて必要なノッチ指令を力行／制動制御部へ出力し、走行駆動装置（モータ）およびブレーキ装置（制動装置）を制御して走行パターンに従って走行させる機能を有する。

駅情報管理装置４１は、監視対象となる路線の各駅の時間帯ごとに各ホームのスポット混雑率を実績データに基づく統計処理等によって算定したデータを記憶するデータベースを備えており、ＡＴＯ中央装置３２からの要求に応じてスポット混雑率の情報を送信する機能を有する。なお、統計データを使用する代わりに、各ホームにカメラ４２を設置し、カメラ４２により撮影した画像を処理することによってスポット混雑率を取得するようにしても良い。また、駅情報管理装置４１は、駅の改札機からの情報や乗換駅の場合には他路線の駅到着時刻と混雑情報（降車乗客数情報）をリアルタイムで取得して、ホーム構造情報（例えば階段位置）とからスポット混雑率を算出するようにしても良い。各車両の乗車率やスポット混雑率には車椅子利用者等の人数を含ませて、それらの情報に基づいて予測駅停車時間を補正するようにしても良い。

本実施形態の列車自動運転システムにおいては、局所的な混雑の発生など何らかの原因でいずれかの列車において自動回復が不能な遅延が発生し、列車間隔の乱れおよびそれに伴う遅延の拡大が予想される場合に、ＡＴＯ中央装置３２が各列車のＡＴＯ車上装置２２へ適切な次駅停車時間情報等を送信することにより、列車間隔の乱れを解消し遅延の拡大を防止する機能を備えるように構成されている。
さらに、通信ネットワーク３３には、ＡＴＯ中央装置３２におけるＡＴＯ車上装置２２から収集した情報や駅情報管理装置４１から収集した情報、制御モード等の状態監視情報を表示装置に表示させる機能を有する指令端末３５が接続されている。この指令端末３５は、ＡＴＯ中央装置３２に対して、個別制御モードまたは群制御モードの自動選択機能の有効／無効を設定したり、例えば豪雨や強風、事故等の発生時に、指定した区間で速度を抑えて運転する臨時速度制限のような指令（コマンド）をＡＴＯ中央装置３２に対して与えたりすることが可能に構成されている。

次に、本実施形態の列車自動運転システムの概要について、図２～図４を用いて説明する。なお、以下の実施例では、環状線を走行する列車の制御を例にとって説明する。
図２は、ＡＴＯ中央装置３２における列車および駅の混雑状況の把握の仕方を示す模式図である。このうち（Ａ）は予測処理を実行する時点での着目する列車および次駅混の雑率、（Ｂ）は当該列車が次駅に到着する時点での列車および次駅の混雑率を表わしている。

図２（ａ）には、列車が５両編成である場合における混雑状況を、車両ごとの乗車率で表わしたものが示されている。各車両の乗車率は、各車両に設けられている重量センサからの信号に基づいて算出した計測重量から予め分かっている車両重量を引いたものを、予め設定されている定員数の乗客の総体重で除した値を百分率で表わしたものである。なお、各列車には列車ＩＤが付与されており、ＡＴＯ中央装置３２は列車ＩＤと車両番号とから各車両の乗車率を把握することができる。

図２（ｂ）は、駅の混雑状況を、ホームのうち列車が停車する範囲を長手方向に沿って車両の長さに相当する長さごとに分割した各スポットエリア（図では５箇所）の混雑状況を表わしたものであり、ここでは各スポットエリアＳＡ１～ＳＡ５で列車待ちをしている利用者の数を待機可能な最大利用者数で除した値を百分率で表わしている。なお、各駅には駅ＩＤとプラットホーム番号が付与されており、ＡＴＯ中央装置３２は駅ＩＤとプラットホーム番号とスポットエリアＳＡ１～ＳＡ５の番号から各車両の乗車率を把握することができる。

各スポットエリアの混雑率は、上記のようにホームを基準とする代わりに、列車待ちをしている利用者が到着した列車の車両に乗車した場合に増加すると予想される増加乗車率に換算して把握するようにしても良い。
後述の次駅停止時間の算出においては、最も乗車率の高い車両と最も混雑率の高いスポットに依存して停止時間が決定される。従って、最も乗車率の高い車両と最も混雑率の高いスポットが合致した場合に、その位置で想定される乗降時間が最も長くなる。

本実施形態の列車自動運転システムにおいては、ＡＴＯ中央装置３２は、着目する列車から無線通信で取得した各車両の乗車率と、当該列車が次に停車する駅の駅情報管理装置４１から取得した停車するホームの各スポットの混雑率と、予め統計処理によって算出しデータベースに記憶されている各車両の降車率（車両の乗客のうち降車すると予想される利用者の割合）に基づいて利用者が乗降に要する時間を予測する。
具体的には、各車両のうち最も乗車率の高い車両の乗車率と、次停車駅のホームのうち最も混雑率の高いスポットの混雑率と、予め統計処理により設定されデータベースに記憶されている情報（到着までに増加する混雑率、混雑率に対応した乗降所要時間）に基づいて利用者が乗降に要する時間を予測する。また、各車両の乗車率と次駅の各スポットの混雑率とから車両ごとに乗降所要時間を算出して、最も長いものを予測乗降時間として決定するように構成しても良い。

そして、予測した乗降時間が予め設定されている停車時間を超えるとＡＴＯ中央装置３２が判断した場合には、予測乗降時間に余裕時間を加算して停車時間情報を生成し、対応する列車のＡＴＯ車上装置２２へ送信する処理を実行可能に構成されている。また、ＡＴＯ中央装置３２は、上記のようにして走行している各列車の乗車率および駅の混雑率をリアルタイムで把握して、ある列車の次駅停車時間が、遅延回復運転で回復可能な所定時間を超過すると判断した場合に、後続の列車や先行する列車に対して、次駅停車時間を延長したり速度を通常よりも抑えた運転を実行したりするように指示する制御情報を送信可能に構成されている。

図３は時計回り方向に列車が周回する線路と半側に時計回り方向に列車が周回する線路を備えた環状線のうち一方の線路の構成例と運転状況の例を示す。
図３において、丸印は環状に敷設された鉄道線路１２上を走行する列車、線路１２に沿って所定の間隔をおいて設けられている矩形枠は駅であり、実線は実績停車時間のある駅、破線は停車時間予測対象の駅である。また、列車Ａ，Ｂは最も列車間隔が開いた前後２台の列車である。なお、図３において、鉄道線路１２上の各列車Ａ，Ｂは半時計回り方向に走行するものとする。

図３のうち、（Ａ）は列車遅延のない平常時の運転状況を、（Ｂ）はあるひとつの列車（Ｔｂ）が規定された停車時間を超過した場合の運転状況を示す。ひとつの列車が規定停車時間を超過すると、（Ｂ）に示すように、超過を起こした列車Ｂが遅延して先行の列車Ａとの間隔が長くなり、後続の列車Ｃとの間隔が短くなる。
そして、このような状況を放置しておくと、図３（Ｃ）に示すように、列車Ｂと先行の列車Ａとの間隔がさらに長くなるとともに、後続の列車Ｃとの間隔がどんどん短くなって、複数の列車が団子状態で走行する状況が発生して輸送力が低下し、ますます遅延が増大することが知られている。

本実施形態においては、図３（Ｂ）に示すような状況が発生した場合には、停車時間の超過を起こした列車とその前後の複数の列車に対して、ＡＴＯ中央装置３２が群制御を実施することによって、列車間隔を平常に戻して輸送力を回復させることができるように構成されている。以下、ＡＴＯ中央装置３２による群制御の内容について説明する。
群制御は、先行列車間隔拡大の抑制制御と後続列車間隔縮小の抑制制御とに分けられる。このうち、先行列車間隔拡大の抑制制御は、列車間隔が予め定めたしきい値（距離）を超過した場合に、列車群の中で最も列車間隔の拡大した２列車のうち後続側列車（以降、基準車と称する）から数えてｎ本先、n-1本先、n-2本先、……１本先の先行列車群に対して、基準車の直近の駅停車時間（超過見込み時間）に相当する間隔調整用停車時間を、傾斜配分係数を乗じて分担させるという制御である。

具体的には、例えば間隔調整用停車時間が５分（３００秒）で、ｎが「４」である場合、４本先の先行列車に対しては予定停車時間に３０秒の分担時間を加算し、３本先の先行列車に対しては予定停車時間に６０秒の分担時間を加算し、２本先の先行列車に対しては予定停車時間に９０秒の分担時間を加算し、１本先の先行列車に対しては予定停車時間に１２０秒の分担時間を加算して、それぞれ調整停車時間情報を生成して対応する先行列車へ送信する。上記の場合、分配係数の比は１：２：３：４であるが、分配係数はこれに限定されるものでなく、例えば駅間距離の比に対応させるなど、走行環境や走行パターンを考慮して決定するようにしても良い。

一方、後続列車間隔縮小の抑制制御は、基準車の１本後ろの後続列車に対し、運転モードをスロー運転に切り替える指令を送信するとともに、基準車から数えてｍ本後ろ、ｍ-1本、m-2本、……１本後ろの各後続列車群に対して、基準車の直近の駅停車時間（超過見込み時間）に相当する間隔調整用停車時間を、傾斜配分係数を乗じて分担させるという制御である。具体的な分担のさせ方は、先行列車間隔拡大の抑制制御の場合と同様で良い。
なお、上記制御におけるｎやｍの数は、間隔調整用停車時間の長さや走行環境（駅間距離の大小、カーブ区間の有無等）に応じて動的に変化させるようにする。また、先行列車に対しても運転モードをスロー運転に切り替える指令を送信するようにしても良い。

次に、図４を用いて、本実施形態の列車自動運転システムにおける列車間隔の乱れを解消するための群制御の具体的な手順の一例について説明する。
なお、群制御が開始される直前の初期状態においては、各列車は、個別制御モードすなわち各列車のＡＴＯ車上装置２２がＡＴＯ中央装置３２からの指令を受けることなく自己の判断で、自身の実施ダイヤ情報に基づいて決定したＡＴＯパターンに従って運転制御を実行して走行している（ステップＳ１）。また、各列車は、個別制御モードにおいて、運転中に遅延が生じた場合には遅延を回復するための制御（遅延回復運転）を実行可能に構成されている。これにより、ある程度の遅延は回復することができる。

上記のように各列車が個別制御モードで運転している状態において、ＡＴＯ中央装置３２は、各列車のＡＴＯ車上装置２２から列車ＩＤと各車両（号車）の乗車率と列車在線位置の情報を取得する（ステップＳ２）。また、各駅に設けられている駅情報管理装置４１からホームＩＤとスポットごとの混雑率を取得する（ステップＳ３）。続いて、ＡＴＯ中央装置３２は、取得した情報に基づいて、走行している列車ごとに停車中の駅または次停車での規定停車時間からの超過時間を算出（予測を含む）し、超過時間が予め設定した時間（例えば遅延回復運転で回復可能な時間）よりも長い遅延列車（複数の場合もある）を絞り込む（ステップＳ４）。

次に、ＡＴＯ中央装置３２は、ステップＳ４で絞り込んだ列車を基準列車とし、その基準列車と先行列車との集合の中から列車間隔（距離）が最も大きなワーストペアを抽出し、群制御対象のペア列車Ａ，Ｂとして記憶する（ステップＳ５）。続いて、ワーストペアの列車間隔が予め設定された群制御開始条件となるしきい値距離よりも大きいか否か判定する（ステップＳ６）。
そして、ステップＳ６で、「ＹＥＳ」すなわちワーストペアの列車間隔がしきい値距離よりも大きいと判定した場合は、ステップＳ７へ進み、最初のＹＥＳ判定であるか否か判定する。ここで、最初のＹＥＳ判定の場合にはステップＳ８へ進み、２回目以降のＹＥＳ判定の場合にはステップＳ８をスキップしてステップＳ９へ移行する。
そして、ステップＳ８では、初期状態の個別制御モードをリセットして全列車の運転モードを、ＡＴＯ中央装置３２からの制御情報を受け付けて運転制御に反映する平常モードに戻し、群制御モードフラグをセットする。

続いて、ＡＴＯ中央装置３２は、ｎ本の先行列車に対する列車間隔の拡大を抑制するコマンド（次駅停車時間を傾斜配分に従って決定した延長時間を含む指令）を生成し送信する（ステップＳ９）。また、ｍ本の後続列車に対する列車間隔の拡大を抑制するコマンド（スロー運転を指示する指令と次駅停車時間を傾斜配分に従って決定した延長時間を含む指令）を生成し送信する（ステップＳ１０）。その後、ステップＳ１２へ進み、先行列車Ｂが次駅に到着したか否か判定し、到着したと判定した場合にはステップＳ４へ戻って、既に設定した群制御対象の列車に関して再演算を実行する。なお、このとき、ＡＴＯ中央装置３２は、ＡＴＯ車上装置２２と駅情報管理装置４１から取得した最新の列車在線位置情報、車両の乗車率、ホームのスポット混雑率の情報に基づいて演算を実行する。

一方、ステップＳ６で「ＮＯ」すなわちしきい値距離よりも小さいと判定すると、ステップＳ１１へ移行してリセット処理を実行する。このリセット処理では、上記ステップＳ５で抽出し記憶したワーストペアの情報をリセットする。また、２回目以降のループのステップＳ６で「ＮＯ」と判定した場合には、ワーストペア情報のリセットとステップＳ８でセットした群制御モードフラグのリセットを実行し、先行列車と後続列車に対して設定したコマンドを解除する。その後、ステップＳ２へ戻って、情報の取得と演算を実行する。

上記のような手順に従った処理によれば、列車間隔の乱れを解消し遅延が拡大するのを防止することができる。
さらに、上記実施形態の列車自動運転システムにおいては、汎用のマルチエージェントシミュレータ（一定のルール化で自律して移動する複数の座標を制御モデルとした模擬社会環境）を活用し、列車走行線区と駅停車、混雑や乗降時間等の列車運行モデルを構築した上で、上記実施形態の制御アルゴリズムを適用するように構成することができ、それによって、導入時のシステムの性能評価や運用後の制御調整を、上記シミュレーションを活用して実施することができる。なお、ステップＳ７では、ステップＳ６で「ＹＥＳ」と判定した回数を計数し、その回数を指令端末３５へ送信して、指令端末３５において予め設定された群制御許容時間の超過の判定を行い、超過した場合に表示装置に超過を表示して指令担当者に通知するようにしても良い。

（変形例）
次に、上記実施形態の列車運行システムの変形例について説明する。
列車やバスなどの群制御に関しては、以下のような乗客数と運転間隔のモデル式
ｍ’=(１－β)＊ｍ＋γ＊ｓ
ｓ’=ｓ＋ｂ＊（β＊ｍ＋γ*ｓ)－ｃ
を使って、乗客数ｍを縦軸、乗降時間に応じて増減する運行間隔ｓを横軸にとった図５に示すような制御判定マップを作成し、交通機関の利用者の待ち時間を減らす制御技術が知られている。なお、上記モデル式において、ｍ’およびｓ’は着目する列車が次駅を発車する時の乗客数および先行列車との間隔（時間）、γは駅の乗客増加率、βは次駅の乗客の降車率、ｂ，ｃは係数である。また、Ａは不動点でありその座標は、ｍ＝c／２bβ、ｓ＝ｃ／２ｂｒで与えられる。

図５に示す制御判定マップにおいて、不動点Ａを通る右下がりの直線Ｄの右上の領域と左下の領域とでは、（ｍ，ｓ）の動きが全く異なり、直線Ｄの左下領域Ｅ１のある点からスタートすると列車の間隔は縮まり乗客の数も減って行くのに対し、右上の領域Ｅ２のある点からスタートすると曲線に沿って列車の間隔は延びいずれ斜め右上の方向へ出て行ってしまうことになる。
平常時の列車の間隔と乗客数は、不動点Ａの少し左下にあり、放っておけば列車の間隔はだんだん狭くなるが、通常はそうはならないように各駅で少しずつ発車時刻を遅らせて調整することが実施されている。

一方、何かの原因で(ｍ ，ｓ) がこの斜めの直線の右上に出てしまった場合には、放っておくと、前の列車との間隔はどんどん開き、後続の列車との間隔が詰まって来る。すると後続の列車も遅れるので、その後ろの列車との間隔も縮まることとなり、環状線では走っている列車はいくつかのダンゴ状態に固まってしまい、ダンゴ状態の列車群のスピードは先頭の列車のスピードで抑えられるため、単位時間に運べる客の数が減少し、輸送能力が低下することになる。

そこで、本変形例においては、前記実施形態の図４のフローチャートのステップＳ６で行なっている群制御を開始するか否かの判定を、図５のマップを使用して行うようにするものである。具体的には、ワースト列車ペアの抽出後に、当該列車の乗客数と先行車との運行間隔をマップに当てはめて判定する。そのため、図５のマップをテーブルデータ化して、ＡＴＯ中央装置３２のデータベースに記憶しておき、乗客数と運行間隔を算出し、テーブルデータを用いて図５のマップのどのゾーンにいるか判断して群制御を開始するか否か判定するようにする。
上記のような判定方式とすれば、前記実施形態におけるホーム混雑率等のリアルタイム情報を使った予測値を使う方式に加え、より定量的に制御モード切換指標を管理することができる。なお、各駅間が等距離である場合には、図５のマップ（テーブルデータ）は一つで良いこともあるが、実際の環状線は駅間距離がそれぞれ異なるので、駅ごとあるいは駅間ごとにマップ（テーブルデータ）を用意しておくようにするのが望ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ＡＴＯ中央装置３２が各駅に設置されている駅情報管理装置４１からホームの混雑率の情報を取得しているが、各駅の駅情報管理装置４１から混雑率情報を収集するデータ収集装置を設けて、ＡＴＯ中央装置３２はデータ収集装置から各駅のホームの混雑率情報を取得するように構成しても良い。また、ダイヤ管理装置３１の代わりまたはダイヤ管理装置３１と共に、複数の路線の列車の運行状況を監視する列車運行管理装置を設け、列車運行管理装置から実施ダイヤ情報を取得するようにしても良い。
また、上記実施形態では、駅のホームの混雑状況に関する情報を、ホームを列車の車両長さに応じて長手方向に分割したエリアごとの混雑を表わすスポット情報として提供しているが、ホームの長手方向に沿って連続した混雑分布を示す情報として提供するようにしても良い。

さらに、上記実施形態では、本発明を環状線に適用した場合について説明したが、始発駅と終着駅が固定され、各列車が所定時間ごとに折返し運転するような路線に対しても適用することができる。また、上記実施形態では、本発明を列車自動運転システムに適用した場合について説明したが、列車自動運転システムに限定されず、運転士がノッチを操作して加速、減速、停止などの制御を行う列車が走行する路線において列車間隔の乱れが発生した場合に適用して、次駅停止時間情報を各列車に送信して表示装置に表示させ、その情報に基づいて運転士がノッチ操作を行うことによって列車間隔の乱れを解消する場合にも利用することができる。

１０ 列車（車両）
１１ 地上子
１２ 鉄道線路
２０ 車上システム
２１ ＡＴＣ車上装置
２２ ＡＴＯ車上装置
２３ 車両インタフェース
２４ 記憶装置
３０ 列車運行システム
３１ ダイヤ管理装置
３２ ＡＴＯ中央装置（列車制御装置）
３３ 通信ネットワーク
４１ 駅情報管理装置

Claims (6)

1. 走行する列車の位置を把握し列車の走行に関する制御情報を前記列車へ送信する機能を有する列車群制御装置と、予め設定された規定停車時間または前記列車群制御装置から送信されて来る停止時間情報に応じた時間だけ少なくとも駅に停止した後に発車する複数の列車と、を有する列車運転システムにおいて、
   走行する列車の車両ごとの乗車率に関する情報を取得する乗車情報取得手段と、
   前記列車が停止する駅のホームの混雑に関する情報を取得する混雑情報取得手段と、
   前記乗車率に関する情報と駅ホームの混雑情報とから次停車駅における停車時間の予測値を算出する予測停車時間算出手段と、
   各列車の位置情報と前記停車時間の予測値とに基づいて、列車間隔が最も長くなると予測される２台の列車をワーストペアとして抽出するワーストペア抽出手段と、
   所定のアルゴリズムに従った群制御を開始するか否か判定する群制御開始判定手段と、
   前記ワーストペアの列車間隔に基づいて予測停車時間の規定停車時間に対する超過時間を算出する超過時間算出手段と、
   前記群制御開始判定手段が、群制御を開始すると判定した場合に、前記超過時間を先行の列車と後続の列車のうち基準となる列車に近い列車ほど配分量が多くなるように設定された傾斜配分係数で分配し、前記ワーストペアのうち後ろの列車を基準としてそれよりも先行の列車と後続の列車へ、前記規定停車時間に前記分配された時間を加算した停止時間情報を生成する停止時間情報生成手段と、
   前記停止時間情報生成手段により生成された情報を、対応する先行の列車および後続の列車のそれぞれへ送信する情報送信手段と、
   を備えていることを特徴とする列車運転システム。
2. 前記駅のホームの混雑に関する情報は、前記ホームを列車の車両長さに応じて長手方向に分割したエリアごとの混雑を表わすスポット情報として提供されることを特徴とする請求項１に記載の列車運転システム。
3. 前記群制御開始判定手段が、群制御を開始すると判定した場合に、前記停止時間情報生成手段が生成した停止時間情報に応じて、後続の列車へ通常時の走行速度よりも遅い速度で走行することを指示するコマンドを生成するコマンド生成手段を備え、
   前記情報送信手段は、前記停止時間情報生成手段により生成された情報と、前記コマンド生成手段により生成されたコマンドを、対応する後続の列車へ送信するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の列車運転システム。
4. 前記群制御開始判定手段は、前記ワーストペア抽出手段により抽出されたワーストペアの列車間隔が所定のしきい値を超えた場合に群制御を開始することを決定するように構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の列車運転システム。
5. 前記複数の列車は、各々所定の走行パターンに従って走行駆動装置およびブレーキ装置を制御する運転制御手段および車両ごとの乗客数に関連する情報を検出する乗客数関連情報検出手段を有する自動運転列車であり、
   前記自動運転列車が利用者の乗降のために停止する駅に対応して設けられ、対応する駅のホームの混雑状況に関する情報を提供する駅情報管理装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の列車運転システム。
6. 前記駅情報管理装置は、
   駅のホームに設置された撮像装置からの画像情報を画像処理して利用者を識別可能な画像処理手段と、
   駅の改札口に設置された改札機から入場者情報を取得する改札機情報取得手段と、
   を備え、前記画像処理手段により識別された利用者情報と前記改札機情報取得手段によって取得した入場者情報とに基づいて、ホームを長手方向に分割したエリアごとの混雑を表わすスポット情報を生成するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の列車運転システム。

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