JPH0885459A - 運行機材の運用計画作成方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、問題の制約条件等が変化して
も、解を求めることを可能とし、またユーザと計算機の
対話的に解を探索する運行機材の運用計画作成方法およ
び装置を提供することである。 【構成】運行機材の制約条件を入力して、運用接続コー
ドを作成し、（１０１０）、運用接続コードの初期実行
可能解を生成し（１０２０）、運用接続コードの確率的
な組み替え、運用接続コードの運用接続行列への変換、
および運用接続行列の評価を繰り返すことにより最適解
を探索し（１０３０）、最適化結果を、各隣接ノード間
の接続グラフとして表示し（１０４０）、グラフを修正
することにより計画修正を行い、計画の修正毎に制約充
足度をチェックし（１０５０）、グラフ上に制約チェッ
ク結果を表示する（１０８０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、運行機材（列車、バ
ス、航空機など）の運用計画の立案問題を支援する計算
機に係るものである。特に、計算機を利用した計画の立
案方法、立案結果の表示方法、立案結果の修正方法、立
案結果の制約充足の検証方法やこれらの装置等運行機材
の運用計画作成方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両の運用計画作成をシステム化された
例がある。いずれもエキスパートシステムの技法を応用
したシステムである。

【０００３】第１は、「高橋、他：車両基地におけるコ
ンピュータ利用，pp47-50，三菱電機技報vol.61,No.2,1
987」に記載されたものである。このシステムは、パソ
コンを利用して車両運用管理支援システムを構築してい
る。そして、エキスパートの知識を利用して、全列車の
走行キロ数がなるべく均一となるように、数日先の運用
を考慮して、一日づつ計画を作成していく手法をとって
いる。

【０００４】第２に、「車両運用計画エキスパートシス
テム，pp224，東芝レビューvol.49,No.3,1993」に記載
されたシステムがある。このシステムは、車両運用計画
の作成だけでなく、留置計画の自動作成ならびに故障時
等に代替可能な車両を自動検索する機能をサポートして
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エキスパートシステム
等を利用した従来の車両運用計画システムは、解の探索
がヒューリスティクスに依存しているため、問題の制約
条件等が変化すると、準最適解は勿論のこと、実行可能
解さえ得られない場合もあり得た。このような場合に
は、探索ルールの変更や制約の緩和など、人間による介
入が必要になるが、すべてヒューリスティクスに依存す
る従来システムでは、ユーザは探索ルールや制約をどの
ように修正すべきか不明な場合がほとんどであり、試行
錯誤を繰り返す以外に方法がなかった。

【０００６】本発明の第１の目的は、問題の制約条件等
が変化しても、解を求めることを可能にすることであ
る。

【０００７】また、本発明第２の目的は、ユーザが立案
内容の構造や制約充足度を直感的に把握できるようにす
ることにある。

【０００８】さらに、本発明第３の目的は、ユーザの修
正意図を容易に解に反映することである。

【０００９】すなわち、ユーザと計算機の対話的に解を
探索する運行機材の運用計画作成方法および装置を提供
することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、以下の構成を採る。

【００１１】（１）運行機材の運行ダイヤおよび検査計
画からなる制約条件を入力し、（２）横軸を日付、縦軸
を運行機材の運用番号とした２次元マトリクスの各要素
をノードとして、制約条件を隣接する日付のノード間の
接続状態をコード化して運行機材の運用接続コードを作
成し、（３）作成された運用接続コードを、乱数を利用
して組み替え、（４）組み替えられた運用接続コードを
運用接続行列に変換し、（５）変換された運用接続行列
を、制約条件をどの程度充足しているか示す制約充足度
により評価し、評価が所定外のときは、（３）〜（５）
のステップを評価が所定のものになるまで繰り返し、最
適な運用接続行列に変換することにより運行機材の運用
計画を作成する。

【００１２】また、運行接続行列を各隣接ノード間の接
続グラフとして表示し、表示された接続グラフをユーザ
が修正することにより運用計画を修正し、修正された運
行計画を新たに表示する。

【００１３】また、制約条件を隣接する日付のノード間
の接続状態をコード化した運用接続コードとして記憶す
る際に、各ノード間の接続状態を「未運用」「制約運
用」「ローテーション運用」「非ローテーション運用」
の４つの状態値で表現することを特徴とする。

【００１４】また、乱数を利用して運用接続コードを確
率的に組み替える際に、コードの組替えは、ランダムに
選択された２つの接続コードから新たな１つの接続コー
ドを作成することにより行ない、この時、２つの接続コ
ードに共通するノードの接続状態を保存し、接続コード
の要素が事なる箇所については、確率的にいづれか一方
の接続コードを採用し、新たな接続コードを生成するこ
とを特徴とする。

【００１５】さらに、非ローテーション運用を行なう日
付が共通する運行機材ＩＤの組を探索し、その中から乱
数を利用して確率的に１組選択し、その日付において互
いの接続相手を交換するすることにより運用接続コード
の要素の一部を確率的に変異させることを特徴とする。

【００１６】さらに、制約運用を行うノード間など、運
用接続コードを部分的に凍結することにより、凍結部分
の接続コードの組替えを不可とすることを特徴とする。

【００１７】また、運用接続行列を評価する際に、対応
する運用接続コード上の全ての接続コードの要素のう
ち、ローテーション運用接続のコードが占める割合を評
価値とし、制約を１つでも満足しない運用接続行列につ
いては評価値を０とすることを特徴とする。

【００１８】また、運用計画を運用接続行列における各
隣接ノード間の接続グラフを用いて表示する際に、運用
接続行列のグラフ表現結果が、（１）ノードの接続規則
（２）検査制約（３）物理制約を満足することが運行機
材の運用計画の制約充足を表現することを特徴とする。

【００１９】また、運用接続グラフを修正する際に、運
用接続グラフのノードやアークをマウスなどのポインテ
ィングデバイスで指定することにより、グラフィック修
正の感覚で解の修正を行うことを特徴とする。

【００２０】また、運用計画の修正毎に制約充足度をチ
ェックし、運用接続グラフ上に制約チェック結果を表示
する際に、立案中の車両運用・検査計画が実行可能解と
なるための制約条件を満足しているかを各制約毎に判定
し、制約を満足していない箇所を発見すると、制約違反
箇所のノードやアークをエラーの種類や程度に応じて点
滅・着色したり、エラーメッセージを表示することを特
徴とする。

【００２１】

【作用】運行ダイヤや検査計画などの制約条件を読み込
み、横軸を日付、縦軸を運用番号とした２次元マトリク
スの各要素をノードとして、制約条件を隣接する日付の
ノード間の接続状態をコード化した運用接続コードとし
て記憶することができる。 また、（１）運用接続コー
ドの要素の組み替え（２）運用接続コードの運用接続行
列への変換（３）運用接続行列の評価の３つの処理を繰
り返すことにより、運用計画の最適解探索を行うことが
できる。

【００２２】さらに、最適化結果として得られた運行機
材の運用計画を、運用接続行列における各隣接ノード間
の接続グラフを用いて表示し、運用接続グラフのノード
やアークをマウス等によるポインティングデバイスを用
いて指定することにより、グラフィックを修正する感覚
で運用計画の修正を行うことができる。

【００２３】さらに、運用計画の修正毎に制約をチェッ
クし、運用接続グラフ上の制約違反箇所のノードやアー
クを点滅・着色することにより制約チェック結果を表示
することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を鉄道車両を例として
詳細に説明する。

【００２５】図１は、本発明の実施例に関する車両の運
用計画作成の手順を示す処理フローチャート図である。

【００２６】本実施例では、図１のフローチャートを参
照して、車両運用検査計画の作成手順の説明を進める
が、その前に、車両運用計画作成問題の制約条件となる
車両検査計画と車両運行ダイヤの概要を図２、図３を用
いて説明する。

【００２７】鉄道の車両は、自動車の車検と同様に、定
期的に検査を受けることが義務付けられており、検査の
種類は長期検査と短期検査の２つに大別される。長期検
査は、車両を一旦分解し再度組立てるために数ヶ月を要
する。一方、短期検査は予め定められたチェック項目を
検査器で自動検査するため、数日で検査を終える。

【００２８】各車両には、車両ＩＤが定められており、
これを用いてあらかじめ１年分の全車両の検査計画が人
手により作成されている。図２は、ある路線における車
両の検査計画である。例えば、車両ＩＤがＡ−１１であ
る車両は、１月４日〜６日および７月３日〜５日が短期
検査の予定日であり、車両が特定のペースで短期検査を
受けられるように計画が作成されている。

【００２９】一方、列車の運行ダイヤに毎日割り当てら
れる車両ＩＤは日々変更される。図３は、ある路線にお
ける車両運行ダイヤであり、縦軸３０１０は車両の運用
番号、横軸３０２０は時刻を表す。また丸記号３０３０
は出庫マークであり、三角記号３０４０は入庫マークで
ある。三角記号および丸記号の上の数字はそれぞれ、入
庫時刻、出庫時刻を表している。例えば、運用１で運行
した車両は、午前６時３０分に車両基地から出庫し、朝
ラッシュの終わる午前９時４０分に一旦基地に戻り点検
を受ける。１１時３５分に再び車両基地から出庫し午後
１１時４９分に運転を終了し終着駅のホームに留置され
る（留置入庫）。

【００３０】一般的な運用形態は、運用１に割り当てら
れた車両は、翌日は運用２、翌々日は運用３といったよ
うに車両の配車係の作業ができるだけサイクリックパタ
ン（ローテーション運用）となり、かつ全ての車両が定
期的に点検や清掃を受けられるように配慮されている。

【００３１】車両運用計画作成は、上記の年間検査計画
と車両運行計画を制約条件（入力）とし、日々の車両運
行計画の運用番号に車両ＩＤを割り当てる問題である
が、問題の性質は、年間検査計画、車両運行計画におけ
る留置制約（留置入庫した車両は翌日は、その駅から留
置出庫し、基地入庫した列車は、翌日は基地から出庫す
る）等を満足した上で、ローテーション運用をなるべく
崩さないような車両割当て方法を探索する制約充足問題
の最適化問題である。

【００３２】図１に戻ると、まずステップ１０１０で、
制約条件の読み込みを行う。ここでの制約条件は、図２
の車両の検査計画と図３の車両運行計画さらに計画作成
開始日までの車両運用計画および運用実績である。これ
らのデータを読み込みテーブルに格納する。次に、読み
込んだ車両運用計画から出入庫制約条件をとりだし、こ
れを図４（１）の運用接続コードに反映させる。運用接
続コードは、後述する運用接続グラフの隣接するノード
間の接続状態を、（−１）（０）（１）（＊）の４つの
符号で表現する。符号（＊）４０２０は、翌日の接続ノ
ードが制約により決定された確定ノードに対応し、符号
（−１）４０３０は、翌日の全てのノードとの接続が未
設定で確立されていないノードに対応する。符号（０）
と（１）については後述する。

【００３３】一方、図４（２）の運用接続グラフは、図
４（１）の運用接続コードをグラフ表現したものであ
り、縦軸４０５０は車両の運用番号を表し、横軸４０６
０は日付を表している。この例は、運用Ｂで運行した車
両が留置入庫する運用である場合である。この運用Ｂで
運行した車両は、翌日は運用Ｃで留置出庫するため全て
のＢノード４０７０からは留置制約として固定されたア
ーク４０８０によって翌日はＣノードに接続される。

【００３４】他方、検査計画からは、各車両の検査計画
から検査制約条件を取り出し、これを図５（１）の運用
接続コードに反映させる。図５（２）の運用接続グラフ
は、運用接続コードのグラフ表現であり、縦軸５０３
０、横軸５０４０は、先程と同様にそれぞれ運用番号と
日付を表している。この例は、１〜３日目に短期検査車
両が存在する場合であり、検査１日目の車両は、翌日、
翌々日も検査する必要があるため検査ノード５０５０、
５０６０からアーク５０７０、５０８０がそれぞれ翌日
の検査ノードに検査制約によって接続される。

【００３５】図６（１）（２）（３）は、それぞれ運用
接続コード、運用接続行列、運用接続グラフを表わす図
である。

【００３６】（１）運用接続コード 運用接続コードは、隣接するノード間の接続状態を、以
下の４タイプのコードで表現したものであり、それぞれ
のコードは以下の意味を持つ。

【００３７】（ａ）運用なし 翌日のノードとの接続アークが存在しないノードであ
り、接続コードは、「−１」で表わす。このような接続
状態を運用なしと定義する。

【００３８】（ｂ）制約運用 ユーザによる指定、留置、検査などの制約により、翌日
の接続ノードが決定されている運用であり、接続コード
は「＊」で表わす。このような運用を制約運用と定義す
る。

【００３９】（ｃ）ローテーション運用 翌日との運用の接続が平常接続である運用であり、接続
コードは「０」で表わす。このような運用をローテーシ
ョン運用と定義する。

【００４０】（ｄ）非ローテーション運用 上記のいづれににも該当しない運用であり、接続コード
は「１」で表わす。 このような運用を非ローテー
ション運用と定義する。

【００４１】（２）運用接続行列 運用接続行列は、運用接続コードを変換（デコード）す
ることにより接続相手の決まっていない全てのノードに
対して接続相手を決定したものであり、行列の各要素の
値は接続コードに応じて次のように決定される。

【００４２】（ａ）接続コードが運用なし「−１」の場
合 運用接続行列にもそのまま「−１」が設定される。

【００４３】（ｂ）接続コードが制約運用「＊」の場合 制約によって決定済みの翌日の運用番号が設定される。

【００４４】（ｃ）接続コードがローテーション運用
「０」の場合 通常の運用順序に基づいて決定された翌日の運用番号が
設定される。

【００４５】（ｄ）接続コードが非ローテーション運用
「１」の場合 乱数を利用して確率的決定された翌日の運用番号が設定
される。但し、この場合のコード変換方法は、制約を考
慮したヒューリスティクス（検査が近づいている車両の
接続相手を優先的に決定する）等も利用可能である。

【００４６】（３）運用接続グラフ 運用接続グラフは、運用接続行列をグラフ化したもので
ある。グラフの各ノードの色で接続コードの要素（＊）
（０）（１）（−１）を表現している。また、グラフの
縦軸６０４０が運用番号、横軸６０５０が日付を表す。

【００４７】本グラフの太いアークに沿って、各ノード
間を接続するアークの意味を説明する。この例では、１
日目に運用Ｄに割り当てられた車両は、翌２日目はロー
テーション運用によって運用Ａに割当てられ、翌３日目
には留置制約運用６０６０によって運用Ｂに割当てられ
る。翌４日目には短期検査に入るため、非ローテーショ
ン運用６０７０を行い、数日後、ｎ−１日目には運用Ｂ
に、翌ｎ日目にはローテーション運用により運用Ｃに割
り当てられる。これから分かるように、本グラフは、運
用計画の接続情報を視覚化したものである。車両運用計
画が、実行可能解であるための制約条件は、以下の制約
Ａ〜Ｃである。

【００４８】（制約Ａ）全ての運用ノードに入出力アー
クがそれぞれ１本ずつある。

【００４９】（制約Ｂ）全ての検査ノードに検査計画と
同じ車両ＩＤが割り当てられている。

【００５０】（制約Ｃ）全ての留置入庫ノードが、翌日
該当駅の留置出庫ノードに接続される。 このグラフを
見ることによりユーザが（制約Ａ）と（制約Ｃ）につい
ては直感的に判断することが可能である。また（制約
Ｂ）に関しては、計画立案日までの運用実績と立案内容
との接続により検証を行う。

【００５１】図７は、図２の検査計画および図３の車両
運用計画をもとに、車両運用計画を作成する場合の留置
制約と検査制約を読み込み、これを運用接続グラフで表
現した結果である。この状態では、上記制約条件の（制
約Ｃ）のみを満足しており、この接続は最適解の探索中
は常に固定されるため、車両運用計画作成問題は、（制
約Ａ）と（制約Ｂ）を同時に満足し、且つ、評価値が要
求レベル以上になるような（本実施例では、ローテーシ
ョン運用の比率を評価指標とする）パスを探索する問題
である。

【００５２】次に、図１のステップ１０２０の初期実行
可能解の生成について説明する。

【００５３】図８に、ステップ１０２０の初期実行可能
解を示す。初期実行可能解は、以下の方針により複数パ
ターン作成する。

【００５４】（１）月初めから１日づつ順番に全運用を
接続していく。

【００５５】（２）１日の接続順序は、検査運用との接
続を最優先とする。

【００５６】（３）他の接続については、接続相手を乱
数を用いて確率的に決定する。

【００５７】（４）留置制約と競合し、当日の接続の組
替えでは検査制約を満足できない場合は、１日前の接続
を解消して探索範囲を増大させる。

【００５８】次に、図１のステップ１０３０の実行可能
解の最適化について説明する。

【００５９】図９は、ステップ１０３０の実行可能解の
最適化フローである。本実施例では、運用接続コードの
４つの状態値（＊）（０）（１）（−１）のうち（０）
と（１）を組み替えることにより解探索を進める。具体
的には、個々の接続コードを遺伝子に、運用接続コード
を個体（遺伝子の集合）に見立て、遺伝的アルゴリズム
の手法を応用して接続コードの組替えを繰り返し行い、
最適解を探索する。

【００６０】遺伝的アルゴリズムは世代サイクルの中
で、（１）自然淘汰（２）増殖（３）突然変異等の遺伝
オペレーションを繰り返し行うことにより、より適応度
（評価値）の高い、遺伝子の組合せ（本実施例では遺伝
子の集合は運用接続コードに相当する）を探索する解探
索方法の一つの枠組みである。

【００６１】一般に、遺伝的アルゴリズムにおける遺伝
オペレーションは、以下の（１）〜（３）が代表的なも
のである。

【００６２】（１）自然淘汰：適応度（評価値）の劣る
遺伝子の組合せを消滅させる。

【００６３】（２）増殖：複数の遺伝子組を交叉させ、
新しい遺伝子組を生成する。

【００６４】（３）突然変異：確率的に遺伝子組の一部
の遺伝子を人為的に変異させる。

【００６５】本実施例においても上記の３つの遺伝オペ
レーションを運用接続コードの組替えに適用する。

【００６６】次に、上記オペレーションを利用した最適
化処理の手順を説明する。

【００６７】ステップ９０１０において、世代数の初期
値に１を設定する。遺伝的アルゴリズムは、１世代毎に
同様の処理を繰り返すアルゴリズムであり、ステップ９
０２０において、世代数が規定世代数に達した場合に処
理を終了する。

【００６８】ステップ９０３０において、図６で説明し
た手順に従って運用接続コードを変換（デコード）して
運用接続行列を作成し、ステップ９０４０では、各個体
（運用接続行列）の適応度を評価する。一般に、遺伝オ
ペレーションによる遺伝子の組替えは、機械的に行われ
るが、本実施例による遺伝オペレーションを施した場合
には（制約Ａ）（制約Ｃ）は常に充足されるが（制約
Ｂ）については制約の充足が保証されない。このため、
本ステップでは、各個体が制約を満足しているかどうか
を判定し、１つでも満足していない個体に対しては適応
度として０を設定し、制約を全て満足している個体に対
しては全ての接続コードのうち、ローテーション運用接
続のコードが占める割合を単位（％）として与える。つ
まり、本ステップにおいて、全ての個体に０から１００
の適応度が設定されることになる。

【００６９】ステップ９０５０では、淘汰率（１世代の
内に個体が死滅する割合）に基づいて、全個体の中で適
応度の低い個体から順に規定数個体を死滅させる。本実
施例では、デコードにより実行不可能解を生成する個体
が最も適応度が低くなるため、これらが優先的に淘汰さ
れることになる。

【００７０】ステップ９０６０では、個体数と規定個体
数を比較する。淘汰された直後は、個体数は減少してい
るため、増殖によって個体数が基に戻るまで、ステップ
９０７０からステップ９１００を繰り返し行い、個体数
が減少前の規定個体数に戻ったときに、ステップ９１１
０に移行し、世代数をインクリメントし世代ループの先
頭に戻る。

【００７１】ステップ９０７０では、交叉組を選択す
る。交叉組の選択方法は、生存している全個体の中から
無作為に２つの運用接続コードを選択する方法や、適応
度の高い運用接続コードが優先的に交叉するように配慮
するなど様々な方法が存在するが、本実施例では、無作
為に２つの運用接続コードを選択する方法を採用する。

【００７２】ステップ９０８０では、解の部分凍結を行
う。解の凍結は、遺伝オペレーションで遺伝子の組替え
が行えないように、遺伝子すなわち接続コードに対して
部分的にマスクをかけることである。これは、遺伝子の
組替え範囲を限定することにより解の探索効率の向上を
図るものである。図１０は、解の部分凍結結果の例であ
る。解の凍結方法については、複数の方法が存在する。
例えば図１０は、１ヶ月を通じて全てローテーション運
用された運用パスについては、解にマスクをかけ、不可
視化した結果である。この場合、遺伝オペレーション
は、可視部分である一部の運用の組替え探索により解探
索を行うことになる。

【００７３】ステップ９０９０では、交叉により新しい
個体を生成する。図１１および図１２は交叉オペレーシ
ョンの説明図である。交叉オペレーションは、上記ステ
ップ９０６０で選択された２つの運用接続コード、図１
１（１）に示す（parentA）と図１１（２）に示す（par
entB）を合成することにより、新たな運用接続コード、
図１２に示す（child）を作成する処理である。一般
に、２つの親の遺伝子の相違点がｎ組あると、それらの
親からは２のｎ乗オーダーの異なった子が生成される可
能性がある。図１１、図１２の例では、（parentA）と
（parentB）の遺伝子組は極めて類似しており、相違点
はしろ抜きで示す２組のみである。このため、（parent
A）と（parentB）から生成される（child）は、次の４
ケースのみ存在する。

【００７４】 （１）Ｐ１＝Ｐ２＝１，Ｐ３＝Ｐ４＝１ （new type) （２）Ｐ１＝Ｐ２＝１，Ｐ３＝Ｐ４＝０ （=parentA) （３）Ｐ１＝Ｐ２＝０，Ｐ３＝Ｐ４＝１ （=parentB) （４）Ｐ１＝Ｐ２＝０，Ｐ３＝Ｐ４＝０ （new type) ケース（２）は（parentA）と同一の（child）が生成さ
れる場合であり、ケース（３）は（parentB）と同一の
（child）が生成される場合である。これに対し、ケー
ス（１）と（４）は、交叉により全く新しい（child）
が生成される場合である。特にケース（４）は、運用接
続コード内の接続コードの要素が０の割合が増加するた
め適応度が上昇するケースであり、確率的探索手法によ
り解の探索が一歩前進する例である。

【００７５】上記のように、交叉オペレーションは、２
つの親（parentA）と（parentB）で共通する接続コード
は固定化し、接続コードが事なる箇所についてのみ、い
づれか一方の親の接続コードを採用することにより新た
な形質をもつ子供（child）を生成する。

【００７６】ステップ９１００では、突然変異オペレー
ションにより遺伝子の構造の一部を変位させ、解の適応
度の向上を図る。図１３は、突然変異オペレーションの
説明図である。この例では、太線で表すように１日目に
運用Ａに割り当てられた車両の接続パス１２０１０と、
検査に割り当てられた車両の接続パス１２０２０を、３
日目と４日目の接続点で接続相手を交換している。この
結果、検査制約である（条件Ｂ）を充足した状態でロー
テーション運用の割合すなわち適応度のを向上を果たし
ている。突然変異による遺伝子操作は、同一日に非ロー
テーション運用を行なう運用接続パスの組合せを探索
し、これらの中から乱数を利用して確率的に組合せをｎ
回（ｎは突然変異率により変化する）選択し、それを非
ローテーション運用の接続点において接続相手を互いに
交換する。本オペレーションの主目的は、非ローテーシ
ョン運用を減少させ、解の評価値を向上させることであ
り、そのため変位地点は、互いに非ローテーション運用
している箇所を選ぶ。実行可能解の最適化処理は、上記
のステップ９０２０から９１１０を繰り返すことにより
行なわれ、最終的に最も適応度の高い遺伝子組が解候補
に選ばれる。

【００７７】次に、メイン処理フローに戻り、ステップ
１０４０の立案内容の表示について説明する。

【００７８】図１４は、実行可能解の最適化結果を運用
接続グラフで表示した例である。これは、最適化がかな
り進んだ準最適解の１である。計画立案者はこのグラフ
を見る事により、実行可能解であるための３つの制約の
うち、（制約Ａ）のグラフの接続条件については、接続
漏れや、２重接続等の制約違反を視覚的に瞬時にチェッ
ク可能であり、（制約Ｃ）の留置接続の制約についても
容易に判断可能である。また（制約Ｂ）については、こ
のグラフだけではチェックできないが、前月の運用計画
とのつなぎから計算機内部で容易にチェックすることが
可能である。このグラフを計画修正エディタで修正する
ことにより、計算機の立案内容に対して計画立案者が対
話的に修正を加える事も可能である。この方法について
はステップ１０６０で後述する。

【００７９】次に、ステップ１０５０の制約充足チェッ
クについて説明する。このステップでは、表示中の車両
運用計画が、実行可能であるための３つの制約条件を満
足しているかどうかをそれぞれの制約毎に判定し、制約
を満足していない箇所を発見すると、制約違反箇所のノ
ードやアークをエラーの種類に応じて点滅・着色するし
たり、エラーメッセージを表示する等して計画立案者に
計画の修正を要求する。 次に、ステップ１０６０の立
案内容の判断について説明する。

【００８０】計画立案者は、現在表示されている計画お
よびその計画の制約チェック結果をもとに、その計画に
対して修正、承認、破棄のいづれかを行う。

【００８１】計画の修正は、計画修正エディタを用いて
行う。計画修正エディタには、図１４に示したような車
両運用計画がグラフ形式で表示され、グラフ中のノード
やアークはマウスなどのポインティングデバイスで指定
することができる。図１５は、計画修正エディタを用い
た計画修正の一例である。修正前グラフ１４０１０を修
正後グラフ１４０２０に修正する場合には、まずマウス
等によりアーク１４０３０とアーク１４０４０を指定
し、続いてこれらのアークの切断を指定する［ＣＵＴ］
メニュー１４０５０を指定する。次にノード１４０６０
とノード１４０７０を指定し、これらのノードの接続を
指定する［ＣＯＮＮＥＣＴ］メニュー１４０８０を指定
する。以下同様にノード１４０９０とノード１４１００
を接続して計画の修正を行う。計画の修正中は、修正入
力（アークの追加・削除）される度にステップ１０５０
の制約充足チェックに処理が戻り、常に実行可能である
ための制約充足チェックを行いながら計画を修正するこ
とが可能である。

【００８２】また、計画の破棄を選んだ場合には、現在
までの解探索結果を全て白紙に戻し、ステップ１０７０
で解探索パラメータを修正して、ステップ１０２０に戻
る。解探索パラメータとは、解探索エンジンの制御パラ
メータであり、本実施例では、個体数、自然淘汰率、世
代サイクル数、突然変異率、交叉成功率などがこれにあ
たる。一方、承認を選んだ場合にはステップ１０８０に
処理が移行する。

【００８３】次に、ステップ１０８０の書式変換・印字
の説明を行う。

【００８４】承認された計画は、正式な計画として登録
され、１月分の全車両の運用計画表が実務フォーマット
に変換された上でプリンタから出力される。図１６の車
両運用計画表は、図１４の実行可能解の最適化結果を実
務フォーマットに変換したものである。

【００８５】最後に、本発明を用いた車両運用支援シス
テムの構成を説明する。

【００８６】図１７は、本発明に基づいた車両運用計画
システムのシステム構成図である。各ブロック毎にシス
テムの構成及び処理の流れを説明する。

【００８７】ダイヤ管理システム１６０１０は、列車の
運行計画に関する情報を管理する部分であり、列車の運
行計画（列車ダイヤ）、検査計画、車両運用計画、乗務
員運用計画等を統合して管理するシステムである。本発
明における車両運用計画システムは、ダイヤ管理システ
ムの外付けシステムという位置付けであり、ダイヤ管理
システム内に保持される車両運用計画１６０２１、車両
検査計画１６０２２を入力データ１６０２０とする。

【００８８】ＧＡエンジン部１６０３０では、入力され
る車両運用計画と車両検査計画をブロック１６０３１と
１６０３２でそれぞれ遺伝子コードである運用接続コー
ドに翻訳し、遺伝子情報１６０３５として記憶させる。
具体的には、図１のメイン処理フローのステップ１０１
０で説明した処理が行われる。

【００８９】こうして解の遺伝子による表現形である運
用接続コードに制約条件が反映されると、ＧＡエンジン
による最適化の前処理として、メイン処理のステップ１
０２０で説明したように、初期の解候補が複数生成され
る。探索制御パラメータ１６０３３と遺伝子操作１６０
３４については後述する。

【００９０】スケジューリングビルダ１６０４０では、
遺伝子コード（運用接続コード）を、運用接続行列にデ
コード１６０４１し、この結果、運用接続行列の全ての
要素に、翌日の接続相手と当日割り当てられるの車両Ｉ
Ｄが設定され、車両運用計画１６０４２が作成される。
作成された車両運用計画は、最適化が十分に進んでいな
い場合には、ブロック１６０４３で評価される。具体的
な評価方法は、最適化処理フローのステップ９０３０で
説明したとおりである。

【００９１】評価が終了すると、ＧＡエンジン部に処理
が渡り、探索制御パラメータ１６０３３に制御された遺
伝子の組替え操作１６０３４により解の最適化が図られ
る。解の最適化は、最適化処理フローで既に説明した通
り、以下の（１）〜（５）の処理を規定世代数繰り返す
ことにより実現できる。

【００９２】（１）遺伝子組のデコードによる解の作成
する（ブロック１６０４１）。

【００９３】（２）解の評価する（ブロック１６０４
３）。

【００９４】（３）評価値の低い遺伝子組の淘汰する
（ブロック１６０３４）。

【００９５】（４）交叉オペレーションによる新しい解
候補の作成する（ブロック１６０３４）。

【００９６】（５）突然変異オペレーションによる解の
改善する（ブロック１６０３４）。

【００９７】一方、最適化が完了している場合には、車
両運用計画は、インタラクションマネージャ１６０５０
のブロック１６０５１で、例えば図１４の様にビジュア
ル化される。ビジュアル化された車両運用計画はマンマ
シン部１６０６０の計画エディタ１６０６１に表示さ
れ、計画立案者であるユーザの介入を受ける。

【００９８】計画立案者は、メイン処理フローのステッ
プ１０６０で説明したように、計画に対して、承認、破
棄、修正のいづれかを行う。

【００９９】立案内容を修正した場合には、修正内容が
インタラクションマネージャのブロック１６０５１で翻
訳され、この結果を遺伝子コードに反映するとともに、
車両運用計画も更新される。

【０１００】続いて、メインフローのステップ１０５０
で説明したとおり修正された解の評価が行われ、実行可
能解であるための３条件の制約充足チェックを行い、制
約違反箇所が発見された場合には、違反内容がインタラ
クションマネージャのブロック１６０５３でビジュアル
化され、マンマシン部のガイダンス１６０６３として表
示される。

【０１０１】立案内容を破棄した場合には、メインフロ
ーのステップ１０７０で説明したように解探索制御パラ
メータの変更を探索制御エディタ１６０６２から入力
し、パラメータ更新処理１６０５２を通して、探索制御
パラメータ１６０３３更新し、計画の立案作業を最初か
らやりなおす。

【０１０２】立案内容を承認した場合には、メインフロ
ーのステップ１０８０で説明したようにブロック１６０
７１で車両運用計画を実務用の書式に変換・印字し、出
力データ１６０７０として図１６の例のような車両運用
計画表を出力する。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果がある。

【０１０４】（１）車両運用検査計画をグラフを用いて
ビジュアル化することにより、計画の質や実行可能であ
るための制約チェックが、視覚的・直感的に行えるため
に、計算機と人間による対話的な計画の立案作業が可能
となる。

【０１０５】（２）運行機材の運用問題における制約条
件の大部分をグラフの接続規則とノードの属性値で計算
機上に記述できるため、運用機材の数や運行スケジュー
ルの変更に対してシステムの柔軟性が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における運用計画作成のメイン
処理フローである。

【図２】車両の検査計画である。

【図３】車両の運行ダイヤである。

【図４】車両の出入庫に関する運用上の制約のグラフ表
現例である。

【図５】車両の検査に関する運用上の制約のグラフ表現
例である。

【図６】車両運用計画問題のデータ構造の説明図であ
る。

【図７】本実施例における、検査制約と留置制約のグラ
フ表現である。

【図８】初期実行可能解のグラフによる表現例である。

【図９】実行可能解の最適化処理フローである。

【図１０】解の自己凍結による、解探索の高速化手法の
例である。

【図１１】交叉オペレーションで合成する２つの運用接
続コードの説明図である。

【図１２】交叉オペレーションで作成される新たな運用
コードの説明図である。

【図１３】突然変異オペレーションの説明図である。

【図１４】実行可能解の最適化結果のグラフによる表現
例である。

【図１５】計画修正機能の説明図である。

【図１６】計画の印字結果である検査運用計画表であ
る。

【図１７】本実施例のシステム構成図である。

【符号の説明】

１０１０：制約条件読込・コ−ド化、１０２０：初期実
行可能解生成、１０３０：実行可能解最適化、 １
０４０：立案内容表示、１０５０：制約充足チェック、
１０６０：立案内容判断、１０７０：解探索パラ
メ−タ修正、 １０８０：書式変換・印字

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（１）運行機材の運行ダイヤおよび検査計
   画からなる制約条件を入力し、 （２）横軸を日付、縦軸を上記運行機材の運用番号とし
   た２次元マトリクスの各要素をノードとして、上記制約
   条件を隣接する日付のノード間の接続状態をコード化し
   て上記運行機材の運用接続コードを作成し、 （３）作成された上記運用接続コードを、乱数を利用し
   て組み替え、 （４）組み替えられた上記運用接続コードを運用接続行
   列に変換し、 （５）変換された上記運用接続行列を、上記制約条件を
   どの程度充足しているか示す制約充足度により評価し、 上記評価が所定外のときは、上記（３）〜（５）のステ
   ップを評価が所定のものになるまで繰り返し、最適な運
   用接続行列に変換することにより上記運行機材の運用計
   画を作成することを特徴とする運行機材の運用計画方
   法。
2. 【請求項２】請求項１記載の運行機材の運用計画方法に
   おいて、 上記運行接続行列を各隣接ノード間の接続グラフとして
   表示し、 表示された上記接続グラフをユーザが修正することによ
   り上記運用計画を修正し、 修正された上記運行計画を新たに表示することを特徴と
   する運行機材の運用計画方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の運行機材の運用計画作成方
   法において、 予め上記運行接続コード、上記運行接続行列、および上
   記接続グラフを相互に関連付けておき、 上記接続グラフの修正の内容を上記運行接続コードおよ
   び上記運行接続行列に反映させることを特徴とする運行
   機材の運用計画作成方法。
4. 【請求項４】請求項２記載の運行機材の運用計画作成方
   法において、 上記運用計画の修正毎に制約充足度を確認し、 上記運用接続グラフ上に制約充足度の確認の結果を表示
   し、 立案中の車両運用計画が実行可能解となるための制約条
   件を満足しているかを各制約毎に判定することを特徴と
   する運行機材の運用計画作成方法。
5. 【請求項５】請求項１記載の運行機材の運用計画作成方
   法において、 上記運用接続コードの各ノード間の接続状態を、翌日の
   接続相手が未定である運用である未運用、制約により翌
   日の運用が固定される運用である制約運用、通常のサイ
   クリックな運用であるローテーション運用、およびこれ
   らの運用以外である非ローテーション運用の４つの状態
   値で表現することを特徴とする運行機材の運用計画作成
   方法。
6. 【請求項６】請求項５記載の運行機材の運用計画作成方
   法において、 上記運用接続コードは、上記非ローテーション運用を行
   なう日付が共通する運行機材の組を探索し、 探索された運行機材の組から乱数を利用して１組を選択
   し、 選択された１組の運行機材の接続相手を互いに交換する
   ことにより上記運用接続コードを組み替えることを特徴
   とする運行機材の運用計画作成方法。
7. 【請求項７】請求項５記載の運行機材ノード間の接続状
   態が、上記未運用および非ローテーションの場合は、翌
   日に接続するノードを割り当てて上記運用接続行列を作
   成することを特徴とする運行機材の運用計画作成方法。
8. 【請求項８】請求項５記載の運行機材の運用計画作成方
   法において、 上記運用接続コード上の全ての接続コードの要素のう
   ち、上記ローテーション運用接続のコードが占める割合
   を運用接続行列の評価値とし、 上記制約を１つでも満足しない運用接続行列については
   上記評価値を０とすることを特徴とする運行機材の運用
   計画作成方法。
9. 【請求項９】請求項１記載の運行機材の運用計画作成方
   法において、 上記運用接続コードをランダムに選択された２つの接続
   コードから新たな１つの接続コードを作成することによ
   り組み替えることを特徴とする運行機材の運用計画作成
   方法。
10. 【請求項１０】請求項１または９記載の運行機材の運用
    計画作成方法において、 上記運用接続コードは、接続する２つの接続コードに共
    通するノードの接続状態は保存し、接続コードの要素が
    異なる箇所については、いずれか一方の接続コードを採
    用することにより、新たな接続コードを生成することを
    特徴とする運行機材の運用計画作成方法。
11. 【請求項１１】請求項１記載の運行機材の運用計画作成
    方法において、 上記運用接続コードを、上記ノード間の接続状態を固定
    化することにより組み替えることを特徴とする運行機材
    の運用計画作成方法。
12. 【請求項１２】請求項１記載の運行機材の運用計画作成
    方法において、 上記運用接続コードのうち一部の運用接続コードのみを
    組み替えることを特徴とする運行機材の運用計画作成方
    法。
13. 【請求項１３】請求項１記載の運行機材の運用計画作成
    方法において、 全ノードに入出力アークがそれぞれ１本づつ存在し、全
    ての検査ノードに検査計画の運行機材が割り当てられ、
    かつ接続される全てのノード組が物理的に接続可能であ
    る場合に、上記運行接続行列が最適化されたとして、運
    行計画を作成することを特徴とする運行機材の運用計画
    作成方法。
14. 【請求項１４】運行機材の運行ダイヤおよび検査計画か
    らなる制約条件を入力する入力手段と、 横軸を日付、縦軸を運用番号とした２次元マトリクスの
    各要素をノードとして、上記制約条件を隣接する日付の
    ノード間の接続状態をコード化して上記運行機材の運用
    接続コードを作成する運用コード作成手段と、 作成された上記運用接続コードを、乱数を利用して組み
    替える運用コード組替え手段と、 組み替えられた上記運用接続コードを運用接続行列に変
    換する変換手段と、 変換された上記運用接続行列を、上記制約条件をどの程
    度充足しているか示す制約充足度により評価する評価手
    段とを有し、 上記評価が所定外のときは、上記運用コード組替え手
    段、上記変換手段、および上記評価手段が行なう処理を
    所定のものになるまで繰り返し、最適な運用接続行列に
    変換することにより上記運行機材の運用計画を作成する
    ことを特徴とする運行機材の運用計画装置。
15. 【請求項１５】請求項１４記載の運行機材の運用計画装
    置において、 上記運行接続行列を各隣接ノード間の接続グラフとして
    表示する表示手段と、 表示された上記接続グラフをユーザが修正することによ
    り上記運用計画を修正する修正手段とを有し、 修正された上記運行計画を上記表示手段に表示すること
    を特徴とする運行機材の運用計画装置。
16. 【請求項１６】請求項１５記載の運行機材の運用計画作
    成装置において、 上記修正手段は、ユーザが、ポインティングデバイスに
    より上記接続グラフのアークのつなぎを変えることによ
    り上記運用計画を修正することを特徴とする運行機材の
    運用計画作成装置。
17. 【請求項１７】請求項１５記載の運用機材の運行計画作
    成装置において、 上記表示手段は、入力された上記制約条件を満たしてい
    ない箇所を、上記制約条件を満たす箇所と区別して表示
    することを特徴とする運行機材の運用計画作成装置。
18. 【請求項１８】請求項１７記載の運行機材の運用計画作
    成装置において、 上記表示手段は、入力された上記制約条件を満たしてい
    ない箇所を、点滅および他の箇所とは別の色のうち少な
    くとも一方で表示することを特徴とする運行機材の運用
    計画作成装置。
19. 【請求項１９】請求項１７記載の運行機材の運用計画作
    成装置において、 上記表示手段は、入力された上記制約条件を満たしてい
    ない箇所を、その程度に応じて区別して表示することを
    特徴とする運行機材の運用計画作成装置。
20. 【請求項２０】請求項１５記載の運行機材の運用計画作
    成装置において、 上記評価手段は、ユーザが接続グラフを修正する毎に上
    記制約条件を満たすか否か評価することを特徴とする運
    行機材の運用計画作成装置。