JPH0629027B2

JPH0629027B2 - 列車運転制御システム

Info

Publication number: JPH0629027B2
Application number: JP59209707A
Authority: JP
Inventors: 武郎鬼塚; 誠能見; 捷二宮本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1984-10-08
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS6189165A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、軌道輸送システムにおける列車運転本発明
は、軌道輸送システムにおける列車運転制御システムに
係わり、特に省エネルギ、または遅延回復に効果のある
運転を実現する列車運転制御システムに関するものであ
る。

〔発明の背景〕

列車運転のエキスパート、即ち運転士または機関士の運
転方式の特徴は下記の通りである。

(a)列車運行ダイヤ上の乗務列車（特定の列車）につい
て、駅間別、または複数駅にまたがる区間別の路線の特
性（勾配の傾向、または制限速度の傾向等）、及び該列
車の運行ダイヤ上の余裕時間の分布に関する知識を持つ
ている。

(b)該列車の当日（季節，曜日）の各駅の乗降乗客の程
度、及び区間別乗車率の程度を、経験知識として持つて
いる。

(c)運転士は、該列車の運転に当り、上記(a)項ならびに
(b)項の知識を用いて該列車の大局的運転方策、即ち余
裕時間の配分を判断する。更に、特別な事情のある場合
（特定曜日の要注意列車）については、運転助役から余
裕時間配分についての指示を受ける。

(d)上記(c)項による大局的方策（戦略）に基づいて、各
駅間の運転時間を決める。

(e)上記(d)項による各駅間の運転時間に基づいて、各駅
間の局所的（戦術的）運転方策を決める。

上記の運転士の運転方式に対し、従来の自動運転方式の
機能範囲は、第１図に示すように、上記の運転士の場合
の(e)項に相当する範囲であつた。

更に、前記の列車ダイヤの余裕配分は、各駅間又は区間
の勾配や乗車率等よりむしろ各駅の客扱上の都合や主要
駅発時刻の量子化等の影響を受けているために、ばらつ
きが生じている。そのため運転してみると余裕過剰区間
と余裕不足の区間がある。そのような余裕分布は、個々
の列車ごとに違つている。

以上の各事項から、従来の一駅間の範囲についての最適
運転方式（定時運転，又は最小消費エネルギ運転等）、
即ち局所的戦術的運転方式は、該列車運転全区間につい
て、即ち大局的戦略的には必ずしも最適にならない場合
がある。

なお、この種の方式として関連するものには、たとえ
ば、西村，他（東芝）：鉄道車両の省エネルギ運転シス
テム；鉄道サイバネテイクス利用国内シンポジウム第２
０回論文集（昭５８年１１月）、谷野他（国鉄）：新幹
線電車の省エネルギ化，JREAＶｏｌ．２４，No.５（昭
５６年５月）、及び倉本（国鉄）：省エネルギ運転をめ
ざして；交通技術，Ｖｏｌ．３５，No.９（昭５５年９
月）等が挙げられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、軌道輸送システムにおける列車運転に
当り、各列車のそれぞれの運行ダイヤに設定されている
余裕時間の区間分布、及び乗車率または駅別乗降時間等
の大局的特徴を活用して、省エネルギ、または遅延回復
の効果を最適化するための運転方策（運転戦略）を判断
して、各駅間の局所的戦術的運転制御手段に対して目的
関数を与えるための手段を設け、大局的に最適な運転を
実現する列車運転制御システムを提供することにある。

〔発明の概要〕

列車運転のエキスパート、即ち運転士の列車運転方式
と、従来の列車自動運転方式との本質的な相違は次の点
である。

従来の自動運転方式では、列車運転制御機能が各駅間ご
とに与えられた運転方策または距離・速度曲線に合致す
るように、かつ、先行列車による閉そく条件の下で、運
転制御する。ただし、上記の運転方策または距離・速度
曲線は、該駅間運行の定特性または消費エネルギ最小を
保証するものである。

一方運転士の方式では運転士が該列車運行区間全線につ
いての大局的条件ならびに大局的経験知識を活用して、
各駅間または複数駅間（区間）の運転方策または目的関
数を判断し、該方策または該目的関数に従つて、それぞ
れの駅間または区間の運転制御（操作）を行つている。
即ち、運転士自身が、上記のように大局的条件ならびに
大局的経験知識を活用して、各駅間または区間の運転方
策または制御の目的関数を判断していることが、本質的
相違点である。

この相違点が意味を持つ理由は、一般に列車運行全区間
における各駅間の、列車ごとの余裕時間のばらつきが比
較的大で、そのばらつきを十分考慮しない限り、駅間ご
との局所的運転方策は意味が無くなる場合があるという
ことにある。

本発明の要点は、上記の列車運行区間全体についての大
局的条件、ならびに大局的知識をあらかじめ記憶してお
き、その内容を用いて、各駅間、または特定の区間の運
転制御の目的関数を判断するためのシステムを実現する
ことにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

第１図は従来システムの構成図、第２図は本発明の一実
施例のシステム構成図である。なお、構成要素のうち、
センサ４００と、局所的運転制御手段５００とは両図に
共通なものである。

以下、まず従来方式の範囲の各構成要素を説明する。

列車運転制御装置３００はセンサ４００と、局所的運転
制御手段５００とから成る。局所的運転制御手段５００
は、状態変数演算手段１と、列車制御用データ類の記憶
用メモリ２と、目的関数設定手段３と、運転制御アルゴ
リズムの記憶用メモリ４と、制御指令演算手段５とから
成る。制御指令演算手段５はたとえば、加速指令、減速
指令などの制御指令２０を制御対象である列車駆動系２
１へ送出する。

上記各構成要素を更に詳細に説明する。

センサ４００は、制御対象の列車駆動系２１から検出信
号たとえば車軸回転信号と、地上子信号とを検出しそれ
を出力する。

１は、たとえばセンサ４００から出力された車軸回転信
号から走行距離，速度、及び加速度を計算する。また、
センサ４００から出力された地上子受信信号と、上記走
行距離とから路線上の位置を計算する。路線上の位置と
は、該路線の起点からの距離である。更に、２を用いて
該列車の状態変数を求める。

２は、路線上の位置に対応する路線上の運転条件、たと
えば勾配データ、曲線データ、各駅停止位置データ、ま
たは制限速度等のデータ（制約条件）の記憶領域を持
ち、上位の位置入力に対し、次駅停止位置までの残距
離，制限速度等を出力する。更に、該列車の各駅間の位
置−速度データならびに位置−時間データをあらかじめ
記憶し、上記位置入力、前記速度入力、及び内蔵のタイ
マとをそれぞれ照合して、速度偏差、時間偏差（遅延な
どすなわち状態変数）を出力する。

３は、該地点の速度偏差、時間偏差等を受けて、局所的
目的関数、たとえば速度偏差最小、時間偏差（遅延量）
最小等を設定して５に与える。

４は、１及び２から与えられる運転状態ならびに制約条
件、及び３から与えられる目的関数に従つて制御指令を
計算するための制御アルゴリズム（ＰＩＤ演算則，フア
ジイ演算則等）をあらかじめ記憶していて、５の制御指
令演算に使用する。

次に、本発明に基づく列車運転制御システムを第２図を
用いて説明する。

２２は列車運転の環境情報で、列車に対して提供される
大局的情報である。

７００は列車運転制御システムである。システム７００
はセンサ４００と、局所的運転制御手段５００と、大局
的判断手段６００とから成る。

大局的判断手段６００は、大局的状態監視手段６と、列
車運転の大局的（戦略的）条件及びデータの記憶用メモ
リ７と、大局的判断知識記憶用メモリ８と、大局的目的
関数演算手段９とから成る。大局的目的関数演算手段９
は目的関数設定手段３に対して大局的目的関数３０を送
出する。

以下、上記各構成要素を詳細に説明する。

運転の環境情報２２は、該列車運行路線に沿つた各駅，
先行列車群，後続列車群，乗客状況，列車指令，車両運
用指令，乗務員運用指令，及び旅客指令を含む。

６は、前記１から該列車の運転状態に関する情報（局所
的戦術的情報）すなわち状態変数と、上記２２から他の
列車の状況，乗客状況等とを受けて、メモリ７の記憶内
容を参照して、該列車の大局的状態と大局的運行条件と
を出力する。大局的状態とは、たとえば、「先行列車群
が遅延している環境下で、現在は定時運転である。」
「現在定時運転であるが次駅以降乗客数増加による遅延
のおそれがある。」等で、また大局的運行条件とは、た
とえば、「次駅以降の各駅間の運転上の余裕時間。」
「次駅以降の各駅間の平均勾配と経験的乗車率とに基づ
く各駅間のエネルギ消費率（距離当り消費量）。」「該
列車の季節別，曜日別，駅間乗車率程度。」等である。

メモリ８は、前記６が出力した該列車の大局的状態なら
びに大局的運行条件を９経由で受けて、あらかじめ記憶
してある経験的な大局的判断知識を９へ送出する。大局
的判断知識とは、たとえば「該列車が現在は定時で運転
しているが、特定駅以降乗車率増加のため遅延のおそれ
があり、かつその遅延を回復するために必要なエネルギ
が、上記特定駅まで最小時間で運転するに要するエネル
ギより大であるなら、該特定駅まで最小時間運転をする
こと。」等である。

９は、６から受ける該列車の大局的状態ならびに大局的
運行条件とを、上記８(11)内蔵の大局的判断知識とを用
いて、次駅間または次駅以降の複数駅区間の大局的運転
戦略、即ち、大局的目的関数を推論して、前記５に対し
て送出する。大局的目的関数３０とは、たとえば「次駅
間の運転時間最小」，「次駅間の運転時間は所定（標準
的時間で運転」，または「次駅間の運転時間は所定より
３０秒延長して運転」等である。

上記９の機能を中心とする処理の流れ図を第３図に、更
に第３図のブロツク１４０及び１７０の詳細流れ図を第
４図に示す。

次に、１３０及び１６０における統合余裕量の算出法を
説明する。

統合余裕量算出ルールの例は、 1)時間余裕：小、かつエネルギ消費増，正，かつ乗車
率：大ならば；統合余裕：小 2)時間余裕：中，かつエネルギ消費増：０，かつ乗車
率：中ならば；統合余裕：中 3)時間余裕：大，かつエネルギ消費増：負，かつ乗車
率：小ならば；統合余裕：大，等である。ここで、エネルギ消費増とは、その区間（駅
間）の時間余裕を生み出す（即ち最小時間運転をする）
ために必要なエネルギと計画ダイヤ運転に必要なエネル
ギとの差である。

次に、本発明に基づく運転方法の具体例を第５図を用い
て説明する。

第５図は、列車運行計画ダイヤ（列車ダイヤ）の一部
で、Ｐ，Ｑ，Ｒは、それぞれ駅を表わし、Ｔ_１−Ｔ_２−
Ｔ_３−Ｔ_４は列車Ｕの運行計画ダイヤを示す。

また、大局的運行条件として次の想定を設ける。

(a)Ｑ駅は、乗降客数が多いため、停車時間が超過する
おそれが多い。

(b)ＰＱ間の乗車率をＰ（ＰＱ），ＱＲ間の乗車率をＰ
（ＱＲ）とすれば，Ｐ（ＰＱ）＜＜Ｐ（ＱＲ） (c)ＰＱ間を時間Ｔｉ′−Ｔｉで運転する場合の消費エ
ネルギ量をｅ_PQ（Ｔｉ′−Ｔｉ）と表すことにすれば、
第５図を参照して、ｅ_PQ（Ｔ_２°−Ｔ_１）−ｅ_PQ（Ｔ_２−Ｔ_１）＜ｅ_QR（Ｔ
_４°−Ｔ_３）−ｅ_QR（Ｔ_４−Ｔ_３）また、第５図において、ｅ_PQ（Ｔ_２−Ｔ_１′）＝ｅ_PQ（Ｔ_２°−Ｔ_１）ｅ_PQ（Ｔ_２′−Ｔ_１′）＝ｅ_PQ（Ｔ_２−Ｔ_１）ｅ_QR（Ｔ_４′−Ｔ_３′）＝ｅ_QR（Ｔ_４°−Ｔ_３）とする。ここに、Ｔ_２°−Ｔ_１＝Ｔ_２−Ｔ_１′は、ＰＱ
間の最小運転時間t_PQmin、Ｔ_２′−Ｔ_１′＝Ｔ_２−Ｔ_１
は、ＰＱ間の標準運転時間t_PQstdである。また、Ｔ_４°
−Ｔ_３＝Ｔ_４′−Ｔ_３′はＱＲ間の最小運転時間：t
_QRmin、またＴ_４−Ｔ_３はＱＲ間の標準運転時間t_QRstd
である。

(d)Ｔ_１′，Ｔ_２′，Ｔ_３′，Ｔ_４′は遅延運行を表わ
す。

上記の想定に基づいて、第２図の各機能の動作を説明す
る。

６は、１からの自列車（Ｕ）の運行状態、及び２２から
のＰ，Ｑ，Ｒ各駅の乗客状況等を受けて、自列車Ｐ駅発定時見込み（Ｔ_１発）。

Ｐ（ＰＱ）＜Ｐ（ＱＲ）の見込み。

の情報に基づいて、省エネルギ運転を仮定し、７に、エ
ネルギ消費関係のデータを要求する。

７は、上記６の要請に応じて、ｅ（t_PQmin）−ｅ（t_PQstd）＜＜ｅ（t_QRmin）−ｅ
（t_QRstd）を出力する。

６は、，，，及び（省エネルギ運転）を９へ送
出する。

９は、６からの上記各情報を受けると、それら各情報を
８へ渡して、Ｐ，Ｒ間の運転方策に関する知識を要請す
る。

８は、上記要請に対し、前記の，，，及びの条
件であれば、「ＰＱ間の余裕時間（Ｔ_２−Ｔ_２°）を利
用してＱに早着すること」という知識を９へ返送する。

９は、８からの上記の知識に基づいて、ＰＱ間最小時間
運転を推論し、その結果を局所的運転制御の目的関数と
して５へ送出する。

更に別の具体的として、自列車Ｕが遅延していて、Ｐ駅
発がＴ_１′になると予想される場合について説明する。

前記の想定により、ＰＱ間を標準時間で運転（Ｔ_１′，
Ｔ_２′）し、ＱＲ間で回復運転、即ち最小時間運転（Ｔ
_３′，Ｔ_４′）するより、余裕が多いＰＱ間で回復運転
（Ｔ_１′，Ｔ_２″）し、ＱＲ間は、標準時間運転
（Ｔ_３，Ｔ_４）する方が、遅延回復の効果があると共
に、省エネルギ効果も得られる。

本実施例によれば、前記（ａ），（ｂ），（ｃ）各項記
載の想定が成立する場合には、 (i)Ｐ駅発が定時の場合、ＰＱ間の余裕時間を利用して
最小時間運転でＱ駅に早着し、Ｑ駅前の遅延を防止する
ことができれば、｛ｅ（t_QRmin）−ｅ（t_QRstd）｝−｛ｅ（t_PQmin）−ｅ
（t_PQstd）｝＝Δｅの省エネルギの効果がある。

(ii)Ｐ駅発の遅延が予想される場合、前項と同様にＰＱ
間の余裕時間を利用すれば、ＰＱ間で遅延をＴ_２′−Ｔ
_２″だけ回復できるという効果がある。

(iii)上記(ii)の項の場合に、Ｔ_２′−Ｔ_２″の回復に
よつてＱ駅の定時発が達成できれば、ＱＲ間は標準時間
運行が可能になるため、(i)項記載のΔｅと同程度の省
エネルギの効果がある。即ち、該列車が走行中のＰ駅ま
での情報（局所的情報）の他に、Ｐ駅以降の諸情報（大
局的情報）を利用することによつて、省エネルギ、また
は、遅延回復の効果が得られる可能性がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ある時点に列車が存在している地点、
またはその地点を含む駅間に関する情報即ち局所的情報
に基づく運転制御に対し、次駅以降の各駅間の運行計画
上の余裕時間の分布データ、季節，曜日，ならびに時間
帯に応じた乗客流の経験的知識、及びその予想等の大局
的知識ならびに大局的情報に基づく判断（戦略的判断）
を加えることによつて、列車運行全区間についての省エ
ネルギ効果、または遅延回復効果が得られる。

換言すれば、駅間または駅間の部分についての省エネル
ギ運転、または回復運転の積み重ねが、必ずしも該列車
運行全区間についての最小エネルギ化、または最適回復
とはならない場合がある。その理由は、列車運行ダイヤ
作成上の余裕時間の配分が、消費エネルギ、または遅延
回復の難易とは無関係に決定されている場合があること
による。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の列車運転制御システムの構成図、第２図
は本発明の列車運転制御システムの一実施例の構成図、
第３図、第４図は本発明による特徴的機能を実現するた
めの処理流れ図、第５図は実施例の効果を示すための列
車運行ダイヤの例である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサ（４００）と、局所的運転制御手段
（５００）と、大局的判断手段（６００）とを有する列
車運転制御システムであって、センサ（４００）は、制御対象である列車駆動系（２１）から車軸回転信号、
地上子受信信号などの状態信号を検出して出力し、局所
的運転制御手段（５００）は、駅区間、または特定区間
などの各部分区間の運転制御を行なうものであって、セ
ンサ（４００）からその出力と、大局的判断手段（６０
０）から「次駅間の運転時間は所定」、「次駅間の運転
時間は所定より延長」などの大局的目的関数（３０）と
を入力し、速度偏差、時間偏差などの状態変数を算出し
て大局的判断手段（６００）に出力し、かつその状態変
数と大局的目的関数（３０）とから加速指令，減速指令
などの制御指令（２０）を算出して列車駆動系（２１）
に出力し、大局的判断手段（６００）は、運行全区間の運転制御を
行うものであって、外部から運行路線に沿った各駅、乗
客状況などの環境情報（２２）と、局所的運転制御手段
（５００）から状態変数とを入力し、上記大局的目的関
数（３０）を算出して局所的運転制御手段（５００）に
出力するものである列車運転制御システム。
【請求項２】大局的判断手段（６００）は、「先行列車
群が遅延している環境下で、現在は定時運転である」、
「現在は定時運転であるが次駅以降遅延のおそれがあ
る」などの大局的状態監視手段（６）と、「次駅以降の
各駅間の運転上の余裕時間」、「該列車の季節別、曜日
別、駅間乗車率程度」などの列車運転の大局的条件及び
データの記憶用メモリ（７）と、「特定駅以降乗車率増
加のため遅延のおそれがあり、かつその遅延を回復する
ために必要なエネルギが、上記特定駅まで最小時間で運
転するに要するエネルギより大であるなら、該特定駅ま
で最小時間運転をすること」などの大局的判断知識記憶
用メモリ（８）と、上記大局的目的関数（３０）を算出
する大局的目的関数演算手段（９）とを有するものであ
る特許請求の範囲第１項記載の列車運転制御システム。