JPS6189165A - 列車運転制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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に当り、
局所的戦術的運転制御装置に対し、大局的戦略的判断に
基づく目的関数を与えるための方式に係り、特に省エネ
ルギ、または遅延回復に効果のある運転方式に関するも
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来務列車（特定の列車）につ
いて、駅間側、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
っている。

（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、経験知識として持っ
ている。

ＣＣ＞　ｉ転子は、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Ｃｅ）項に相当する範囲であった。

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
の列車ごとに違っている。

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（東進）二鉄道車両の省エネルギ運転システ
ム；鉄道サイバネティクス利用国内シンポジウム第２０
口論文集（昭５８年１１月）、谷野他（国鉄）：新幹線
電車の省エネルギ化。

ＪＲＥＡ　Ｖｏ　Ｑ、　２４．　Ｎ（１５（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ｙ　Ｖｏ　Ｑ、　３５ｖ　＆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丸めの運転方策（運転戦略）を判断
して、各駅間の局所的戦術的運転制御機能に対して目的
関数を与えるための機能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、該駅間運行の定時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って、それぞ
れの駅間または区間の運転制御（操作）を行っている。

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ＩＩ口よ、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機能を生成すること
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。

まず、第２図は本発明の一実施例の代表的機能構成図で
あり、さらにまた、第１図に示した従来技術による列車
運転方式の機能構成との関係をも示している。第２図中
の破線表現部分が上記第１図の機能範囲である。

以下、まず従来方式の範囲の各構成機能を説明する。

２１は制御対象の列車、１は該列車の状態変数演算機能
、２は列車制御用データ類の記憶領域、３は列車運転制
御の目的関数設定機能、４は運転制御アルゴリズム記憶
領域、５は列車運転制御機能で、制御指令２０′ＩｒＯ
制御対象（該列車の制御装置）へ送出する。

上記各゛機能を更に詳細に説明する。

１は、たとえば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、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一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）
を出力する。

３は、該地点の速度偏差１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、ｌ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って制御指令を
計算するための制御アルゴリズム（Ｐ　Ｉ　Ｄ演算側、
ファジィ演算側等）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、本発明に基づく各機能を説明する６２２は列車運
転の環境で、列車に対し大局的情報を提供する。６は該
列車に関する大局的状態監視機能、７　（１０）は列Ｔ
Ｊ、運転の大局的（戦略的）条件及びデータの記憶領域
、８（１１）は大局的判断知識記憶領域、９　（１２）
は大局的運転力ｍ　’ｒＪＪ断機能で、前記３に対して
大局的目的関数を送出する。

以下、上記各機能を詳細に説明する。

運転の環境２２は、該列車運行路線に沿った各駅、先行
列車群、後続列車群２乗客状況９列車指令、車両運用指
令２乗務貝運用指令、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）と、上記２２から他の列車の状況１乗客
状況等とを受けて、７　（１０）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。ｊ等で、また大局的運行条件とは、たとえば、ｒ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秩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
的、曜日的、駅間乗車率程度。Ｊ等である。

８（１１）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（１２）経由で受けて、あら
かじめ記憶しである経験的な大局的判断知識を９　（１
２）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、ｊ等である。

９　（１２）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
区間の大月的運転戦略、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。大局的目的関数とは、た
とえばｒ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ｒ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　（１２）の機能を中心とする処理の流れ図を第
３図に、更に第３図のブロック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二〇、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。

等であるにこで、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式の具体例を第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、−Ｔ、−Ｔ、−Ｔ、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
費二ネルギ量をｅｐＱ　（Ｔｉ’−Ｔｉ）と表すことに
すれば、第５図を参照して、 ｅ　ＰＱ　（Ｔ　２°−ＴＩ　）−ｅ、、（’ｒ２−Ｔ
Ｉ　）くｅＱｌ（Ｔ４°　Ｔａ　）　　ｅ　ＱＲ（Ｔａ
　−Ｔ３　）また、第５図において、 ｅ、Ｑ（Ｔ、−Ｔ、’　）＝ｅ、Ｑ（Ｔ、’−”ｒ、）
ｅ、、（’Ｉ’２”ｒ、’　）＝ｅＰＱ（Ｔ２　　’ｒ
’＋　）ｅ　ＱＲＣＴａ　’　　　Ｔ３　’　）　　＝
　ｅ（２Ｈ（Ｔ４°　−Ｔ３）とする。ここに、Ｔ２’
−Ｔ、＝Ｔ、−Ｔ、’は、ＰＱ間の最小運転時間ｔＰＱ
□。、Ｔ２′−Ｔ、’　＝Ｔ、−Ｔ、は、ＰＱ間の標準
運転時間ｔＰＱ　ｓｅａである。また、Ｔ４°−Ｔ３＝
Ｔ４’−Ｔ、′はＱＲ間の最小運転時間：ｔＱＲｍｌｎ
、またＴ４−Ｔ、はＱＲ間ノｅ３準ｉ転時ｒｄＴ　Ｌ　
ＱＲ、＋ａである。

（ｄ）Ｔ、’　、Ｔ、’　、Ｔ、’　、’Ｔ、’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、Ｒ８１Ｒの乗客状況等を受けて、■自列車Ｐ
駅宛定時見込み（Ｔ、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　（ｔｐＱ＋＋ｕ＋）　　ｅ　（ｔｐｑｓｓａ）　
＜＜ｅ　（ｔＱＲＩＩＩｎ）　−ｅ　（ｔＱｍｍ＊ａ　
　）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、ｒＰＱ間の余裕時間（Ｔ２−Ｔ’、、＠）
を利用してＱに早着すること」という１Ｉｒｉ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
宛がＴ１′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、Ｒ０間を標準時間で運転（Ｔ、’、
Ｔ、’）Ｌ、ＱＲ間で回復運転、即ち最小時間運転（Ｔ
□／、Ｔ４′）するより、余裕が多いＲ０間で回復運転
（Ｔ、’、７２″′）シ、ＱＲ間は、標準時間運転（Ｔ
３．Ｔ、）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、Ｒ０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　（ｔａｉｍＪ　　ｅ　（ＬＱｎａ＊ａ）　）−（
ｅ　（ｉｐｑｍＪ　　７３　（ｊｐａｓｔａ　）　）　
＝Ａ　ｅの省エネルギの効果がある。

（ｉｔ　）　Ｐ駅発の遅延が予想される場合、前項と同
様にＲ０間の余裕時間を利用すれば、Ｒ０間で遅延をＴ
２’−Ｔ、’だけ回復できるという効果がある。

（ｉｉｉ　）上記（１１）の項の場合に、Ｔ２’−Ｔ、
’の回復によって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、（１）項記載のＡｅ
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ＰＭ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ｔＦｉ）を利用す
るごとによって、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１ｍ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）を加えることによって１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図は従来技術の機能範囲を示す機能構成図、第２図
は本発明の特徴的機能を示す機能構成図。 第３図、第４図は、特徴的機能を具体化するための処理
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。 竿１閏 薯二刺釣十づ↑ 竿２ｚ 茅３凹 竿４．呂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御対象列車および該制御対象列車の環境からの各
   センサ入力信号を用いて該制御対象列車の運転状態を演
   算するための第１手段と、該運転状態に対応する制約条
   件ならびに運転制御関連データをあらかじめ記憶するた
   めの第２手段と、該運転状態ならびに上記第２手段の内
   容とを用いて、運転制御の局所的戦術的目的関数を設定
   するための第３手段と、上記の第２手段ならびに第３手
   段の内容を用いて運転制御変数を算出するため制御アル
   ゴリズムをあらかじめ記憶しておくための第４手段と、
   上記第１手段の内容（出力）に、上記第２手段、第３手
   段、及び第４手段の内容を適用して、制御指令を出力す
   るための第５手段とから構成される列車運転方式におい
   て、 前記第１手段の出力と、該制御対象列車ならびにその環
   境の大局的、戦略的情報とを用いて、該制御対象の大局
   的、戦略的運行状態を演算するための第６手段と、 該制御対象列車運転区間に関する径路ならびに運転計画
   に基づく大局的諸条件と大局的諸データとをあらかじめ
   記憶しておくための第７手段と、 上記第６手段の出力と、上記第７手段の内容とを用いて
   制御対象の運転制御の大局的、戦略的方策を求めるため
   の判断知識の集合をあらかじめ記憶しておくための第８
   手段と、 上記第６手段の出力を、上記第７手段ならびに第８手段
   に適用して、各駅間の局所的戦術的運転制御の目的関数
   を演算し、その結果を前記第５手段に対し提供するため
   の第９手段とを設けたことを特徴とする列車運転方式。 ２、列車運行経路に沿つた各駅間、またはある特徴が継
   続する複数駅間（以下、区間と略記）について、該区間
   の運転余裕時間配分値、及び当該列車の運行計画上の余
   裕時間配分に、それぞれ基づくエネルギ消費率（該区間
   の運転時間を単位時間だけ短縮するために要するエネル
   ギ増加量）、及び該区間の経験的乗車率各駅の乗降時間
   程度をあらかじめ記憶しておくための第１０手段と、 該列車運行全区間についての大局的省エネルギ運転、ま
   たは遅延回復運転のために、該列車の状態に対応して、
   各駅間、または各区間の運転目標時間を算出するための
   知識をあらかじめ記憶しておくための第１１手段と、 該列車の状態と、上記第１０手段の内容、ならびに上記
   第１１手段の内容を、前記第６手段の出力に適用して、
   大局的省エネルギ運転、または、遅延回復運転のために
   、各駅間の目標運転時間（定時、運転時間最小、または
   省エネルギのための延長運転時間）を判断し、前記第５
   手段に提供するための第１２手段とを設けることを特徴
   とする第１項記載の列車運転方式。