WO2014125671A1 - 運行管理装置、運行管理方法、及びプログラム - Google Patents

運行管理装置、運行管理方法、及びプログラム Download PDF

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WO2014125671A1
WO2014125671A1 PCT/JP2013/076153 JP2013076153W WO2014125671A1 WO 2014125671 A1 WO2014125671 A1 WO 2014125671A1 JP 2013076153 W JP2013076153 W JP 2013076153W WO 2014125671 A1 WO2014125671 A1 WO 2014125671A1
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WO
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value
vehicle
time
power
evaluation value
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PCT/JP2013/076153
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English (en)
French (fr)
Inventor
健司 ▲高▼尾
利彦 新家
河野　貴之
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/10—Operations, e.g. scheduling or time tables
    • B61L27/16—Trackside optimisation of vehicle or train operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/10—Operations, e.g. scheduling or time tables

Definitions

  • the present invention relates to an operation management device, an operation management method, and a program that manage the operation of a plurality of vehicles that operate in a predetermined traveling pattern.
  • Patent Document 1 discloses a vehicle based on a travel pattern that reduces power consumption of a vehicle when the time when the vehicle reaches a checkpoint on the travel track of the vehicle is earlier than the arrival time of the checkpoint predicted from the driving situation. Techniques for controlling are disclosed. Patent Document 1 discloses a technique for decelerating a vehicle in the same area when the powering vehicle exists in a certain area.
  • Patent Document 2 discloses a technique for displaying a regeneration rate, which is a ratio of a total regenerative power amount and a total acceleration power amount, according to a change condition of a travel diagram when creating a travel diagram. Yes.
  • Patent Document 1 attempts to achieve energy saving by changing the traveling pattern of a vehicle that is actually operating to ad hoc. However, sufficient energy saving cannot be achieved unless the original schedule is properly set. Although the method disclosed in Patent Document 2 visualizes regenerative power, it does not identify an operation schedule that is optimized from the viewpoint of energy saving. In the method disclosed in Patent Document 2, it is necessary for an administrator to formulate an operation schedule.
  • Patent Documents 1 and 2 attempt to achieve energy saving by selecting which travel pattern of a plurality of travel patterns prepared in advance is used. In order to achieve sufficient energy saving, it is necessary to prepare a traveling pattern that matches the distance between stations and the route condition (gradient, etc.). The number of travel patterns increases if a travel pattern that matches the distance between stations and the route condition (gradient, etc.) is prepared. As the number of running patterns increases, the number of simulation patterns increases. As the number of simulation patterns increases, it takes time to converge to the optimal schedule.
  • the objective of this invention is providing the operation management apparatus, the operation management method, and program which solve the subject mentioned above.
  • a first aspect of the present invention is an operation management device that manages the operation of a plurality of vehicles that operate in a predetermined traveling pattern.
  • the operation management device includes an adjustment value setting unit that sets an adjustment value including at least one of a station stop time and a departure interval for each of the vehicles.
  • the operation management device calculates the power consumption and regenerative power of each of the vehicles when the vehicle is operated using the adjustment values set by the adjustment value setting unit and the travel pattern for each time.
  • An electric power calculation unit The operation management apparatus according to the first aspect includes an evaluation value calculation unit that executes the following steps at each time when the power calculation unit calculates power consumption and regenerative power. 1.
  • the evaluation value calculation unit subtracts the sum of regenerative power of the braking vehicle from the sum of power consumption of the powering vehicle to calculate the total vehicle power at the time. 2.
  • the evaluation value calculation unit extracts at least one of a positive value and a negative value from the total vehicle power at each time. 3.
  • the evaluation value calculation unit calculates an evaluation value using an absolute value of the sum of the extracted values.
  • the operation management apparatus includes an optimum value identifying unit that identifies the adjustment value that decreases the evaluation value calculated by the evaluation value calculating unit.
  • the evaluation value calculation unit calculates the total vehicle power at the time according to the following procedure for each time.
  • the evaluation value calculation unit subtracts the sum of the regenerative power of each vehicle that is braking during the variation time from the sum of the maximum power consumption of each vehicle that is powering during the predetermined variation time.
  • the variation time is a time centered on the time.
  • the evaluation value calculation unit calculates the evaluation value according to the following procedure.
  • the evaluation value calculation unit adds a value for each of the vehicles to the absolute value of the sum of the extracted values.
  • the value is a value based on a difference between the adjustment value of the vehicle and a reference value of the adjustment value determined in advance.
  • the adjustment value setting unit sets at least a station stop time as an adjustment value.
  • the evaluation value calculation unit of the fourth aspect calculates the evaluation value by adding a penalty value to the absolute value of the sum of the extracted values.
  • the penalty value is a value imposed when a station stop time is shorter than a predetermined minimum station stop time for each of the vehicles.
  • a travel pattern setting unit is provided.
  • the power calculation unit of the fifth aspect calculates the power consumption and the regenerative power of each of the vehicles when the vehicle is operated using the adjustment value and the travel pattern for each time.
  • the adjustment value is an adjustment value set by the adjustment value setting unit.
  • the travel pattern is a travel pattern set by the travel pattern setting unit.
  • the optimum value specifying unit according to the fifth aspect specifies the adjustment value and the traveling pattern in which the evaluation value calculated by the evaluation value calculating unit is small.
  • the plurality of travel patterns of the fifth aspect are such that the acceleration at the time of departure and the acceleration at the time of stop are the same value, and the maximum speed is different.
  • the seventh aspect of the present invention is an operation management method for a plurality of vehicles that operate in a predetermined traveling pattern.
  • the operation management method according to a seventh aspect includes a step of setting an adjustment value including at least one of a station stop time and a departure interval for each of the vehicles.
  • the operation management method according to the seventh aspect includes a step of calculating, for each time, the power consumption and regenerative power of each of the vehicles when the vehicle is operated, using the set adjustment value and the travel pattern.
  • the operation management method according to the seventh aspect calculates the total vehicle power at the time by subtracting the total regenerative power of the braking vehicle from the total power consumption of the powering vehicle at each time. The step of carrying out is provided.
  • the operation management method according to the seventh aspect includes a step of extracting at least one of a positive value and a negative value from the total vehicle power at each time.
  • the operation management method according to the seventh aspect includes a step of calculating an evaluation value using the absolute value of the sum of the extracted values.
  • the operation management method according to a seventh aspect includes a step of specifying the adjustment value that decreases the evaluation value.
  • an adjustment value setting unit sets an adjustment value including at least one of a station stop time and a departure interval for each of the vehicles.
  • the power calculation unit calculates the power consumption and regenerative power of each of the vehicles when the vehicle is operated, using the adjustment values set by the adjustment value setting unit and the travel pattern, for each time.
  • the evaluation value calculation unit executes the following steps for each time when the power calculation unit calculates power consumption and regenerative power. 1.
  • the operation management device obtains the optimum value of at least one of the station stop time and the departure interval. As a result, the operation management device obtains an optimal operation diagram for operating the vehicle in a predetermined traveling pattern.
  • the operation management device can obtain an optimal operation diagram in a short time by reducing the number of travel patterns.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of an operation management apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the operation management device 100 generates operation diagrams for a plurality of vehicles.
  • the vehicle operates with power supplied from the overhead line.
  • the operation management device 100 manages the operation of the vehicle.
  • the operation management apparatus 100 includes an adjustment value setting unit 110, a power calculation unit 120, an evaluation value calculation unit 130, and an optimum value specifying unit 140.
  • the adjustment value setting unit 110 sets the station stop time (adjustment value) of each station for each vehicle and the departure interval (adjustment value) for each vehicle.
  • Station stop time is the time when a vehicle stops at each station.
  • the station is provided in a section where the vehicle travels.
  • the departure interval is the time from the departure of the vehicle in front of the vehicle to the departure of the vehicle at the start point of the section in which the vehicle travels.
  • the power calculation unit 120 calculates the power consumption at each time when each vehicle is driven with a predetermined driving pattern by simulation.
  • the power calculation unit 120 calculates power consumption using the station stop time and departure interval set by the adjustment value setting unit 110.
  • the power calculation unit 120 calculates power consumption as positive power and calculates regenerative power as negative power.
  • the power corresponding to the absolute value of the calculated value is collected in the overhead line.
  • the power calculation unit 120 may simulate the operation of the vehicle at the peak time.
  • the power calculation unit 120 may simulate the operation of the vehicle during the time until all the vehicles return to their original positions.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a simulation result by the power calculation unit 120.
  • the power calculation unit 120 When simulating traveling for one vehicle, the power calculation unit 120 outputs power consumption for each time as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the calculation result of the power calculation unit 120 is a value corresponding to the departure interval set by the adjustment value setting unit 110 and the stop time between stations.
  • the power calculator 120 outputs the relationship between time and power as shown in FIG. 2 for each vehicle.
  • Evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value when the station stop time and departure interval set by adjustment value setting unit 110 are used.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value based on the power consumption for each time calculated by the power calculation unit 120. It shows that energy-saving property is so high that an evaluation value is small.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value according to the following procedure.
  • the evaluation value calculation unit 130 sums the power calculated by the power calculation unit 120 for each time.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value by adding only positive values out of the total sum of power at each time.
  • the optimum value specifying unit 140 specifies the station stop time and the departure interval associated with the smallest value among the evaluation values calculated by the evaluation value calculation unit 130 as the optimum values of the station stop time and the departure interval.
  • the optimum value specifying unit 140 specifies the optimum value, the travel pattern, the station stop time, and the departure interval are determined. Thereby, the operation management apparatus 100 can specify an operation diagram that saves energy.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates the evaluation value J using the following equation (1).
  • T indicates the time to be evaluated.
  • the function MAX is a function for selecting the largest value among a plurality of numerical values in parentheses.
  • n indicates the total number of vehicles.
  • P i (t, t hi , t di ) indicates the power consumption of the i-th vehicle at time t when the departure interval of the i-th vehicle is t hi and the station stop time is t di .
  • the station stop time tdi is a sequence of stop times set for each station. For example, when the number of stations is m, the station stop time tdi is a sequence of m numerical values.
  • the evaluation value calculation unit 130 first calculates the power consumption P i (t, t hi , t di ) of each vehicle for each time t from time 0 to time T. Next, the evaluation value calculation unit 130 calculates the total vehicle power ⁇ (P i (t, t hi , t di )), which is the total power consumption of each vehicle at the time t. As described above, when the vehicle generates regenerative power by braking, the power calculation unit 120 outputs power consumption as a negative value. Therefore, the calculation of the sum by the evaluation value calculation unit 130 is equivalent to a calculation of subtracting the sum of the regenerative power of the braking vehicle from the sum of the power consumption of the powering vehicle.
  • the evaluation value calculation unit 130 extracts only a positive value from the total vehicle power calculated at each time by the MAX function. Thereby, the evaluation value increases as the regenerative power that is not used by other vehicles increases.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates the evaluation value J by calculating the sum of the extracted values.
  • the evaluation value J is naturally equal to the positive absolute value of the extracted total vehicle power.
  • the optimization of the station stop time and departure interval is not limited to a genetic algorithm, and other solution search methods such as a branch and bound method and a Nelder-Mead method may be used.
  • the Nelder-Mead method is a global nonlinear optimization method that searches for a solution in the following procedure. First, create a simplex with more vertices than independent variables. Next, the simplex is corrected based on the remaining vertices of the points having the worst evaluation value among the vertices of the simplex.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the operation management apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the adjustment value setting unit 110 sets N patterns of combinations of the station stop time of each station for each vehicle and the departure interval for each vehicle (step S1).
  • the adjustment value setting unit 110 may set the first station stop time and the departure interval based on random numbers.
  • the adjustment value setting unit 110 may set the first station stop time and the departure interval by a user's manual input or the like.
  • the power calculation unit 120 performs a running simulation of all the vehicles for each adjustment value pattern set by the adjustment value setting unit 110.
  • the power calculation unit calculates power consumption at each time based on the travel simulation (step S2).
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value of power consumption for each adjustment value pattern using the above-described equation (1) (step S3).
  • the optimum value specifying unit 140 determines whether or not an evaluation value calculation end condition is satisfied (step S4).
  • an end condition for calculating the evaluation value for example, the number of simulations executed by the power calculating unit 120 reaches a predetermined number, or the difference between the minimum values of the evaluation values calculated by the evaluation value calculating unit 130 is less than the predetermined value. Etc.
  • the operation management apparatus 100 applies a genetic algorithm to the adjustment value pattern for which the evaluation value is calculated. Based on genetic manipulation. That is, the operation management apparatus 100 performs selection, crossover, or mutation operation so that a pattern with a small evaluation value remains from the adjustment value pattern set by the adjustment value setting unit 110. The operation management apparatus 100 repeatedly executes the operations in steps S5 to S10 shown below.
  • the adjustment value setting unit 110 randomly determines whether to perform selection, crossover, or mutation (step S5).
  • the probability of determining which process is performed is set in the order of the probability of performing a crossover operation ⁇ the probability of performing a selection operation ⁇ the probability of performing a mutation operation.
  • step S5 crossover
  • two adjustment value patterns are selected from among a plurality of adjustment value patterns whose evaluation value is calculated by the evaluation value calculation unit 130. Is selected (step S6).
  • the adjustment value setting unit 110 selects two adjustment value patterns according to the probability based on the weight corresponding to the evaluation value. An adjustment value pattern with a smaller evaluation value has a larger weight and thus is easily selected by the adjustment value setting unit 110.
  • the adjustment value setting unit 110 replaces the two selected adjustment value patterns to newly generate an adjustment value pattern (step S7).
  • a method for replacing the adjustment value pattern any one of the one-point crossover method, the two-point crossover method, and the multipoint crossover method may be used.
  • the adjustment value setting unit 110 may change the station stop time or the departure interval for each vehicle.
  • the adjustment value setting unit 110 may change the station stop time for each station.
  • step S5 when the adjustment value setting unit 110 determines to perform the mutation operation in step S5 (step S5: mutation), the adjustment value setting unit 110 calculates the evaluation value from the plurality of adjustment value patterns. One adjustment value pattern is selected (step S8). The adjustment value setting unit 110 selects one adjustment value pattern according to the probability based on the weight corresponding to the evaluation value. Next, the adjustment value setting unit 110 newly generates an adjustment value pattern by randomly rewriting a part of the adjustment values of the selected adjustment value pattern (step S9).
  • step S5 selection
  • the adjustment value setting unit 110 selects one of the plurality of adjustment value patterns for which the evaluation value calculation unit 130 has calculated the evaluation value.
  • Two adjustment value patterns are extracted as simulation targets (step S10).
  • the adjustment value setting unit 110 extracts a pattern of one adjustment value according to the probability based on the weight according to the evaluation value.
  • the operation management apparatus 100 returns to step S2.
  • the operation management device 100 performs a running simulation of all the vehicles with respect to the pattern of each adjustment value.
  • the optimum value specifying unit 140 determines that the termination condition of Step S4 is satisfied by repeatedly executing the above process (Step S4: YES)
  • the optimum value specifying unit 140 specifies a pattern to be actually used (Step S4). S11).
  • the optimum value specifying unit 140 specifies the pattern of the adjustment value that minimizes the evaluation value calculated by the evaluation value calculating unit 130 as a pattern that is actually used.
  • the operation management apparatus 100 is the station stop time of each station about each vehicle, and about each vehicle so that the evaluation value calculated by Formula (1) may become small. Identify departure intervals. Thereby, the operation management apparatus 100 can specify an operation diagram that can effectively use the regenerative power. The operation management apparatus 100 can identify the optimum solution in a short time by fixing the traveling pattern and deriving the optimum pattern of the station stop time and the departure interval.
  • the optimal solution can be specified in a short time by fixing the traveling pattern. Conventionally, since it took time to specify the optimum solution, it was necessary to calculate the operation schedule offline and run the vehicle according to the operation schedule.
  • the operation management apparatus 100 according to the first embodiment can change the traveling pattern by grasping the state of the vehicles online.
  • the adjustment value setting part 110 sets the station stop time of each station about each vehicle, and the departure space
  • either the station stop time or the departure interval may be a fixed value, and the adjustment value setting unit 110 may use only one of the station stop time or the departure interval as the adjustment value. good.
  • the adjustment value setting unit 110 sets the station stop time for each vehicle and for each station.
  • the adjustment value setting unit 110 may set a station stop time common to all stations for each vehicle.
  • the adjustment value setting unit 110 may set a station stop time common to all vehicles for each station.
  • the evaluation value calculation unit 130 extracts only a positive value from the total vehicle power calculated at each time by using the MAX function in Equation (1), thereby obtaining an evaluation value based on power consumption.
  • the case of calculating has been described.
  • the evaluation value calculation unit 130 extracts only a negative value from the total vehicle power by the MIN function, and takes the absolute value thereof, thereby evaluating the evaluation value based on the regenerative power. May be calculated.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value based on power consumption and an evaluation value based on regenerative power, and the optimum value specifying unit 140 adjusts the adjustment value based on both evaluation values. May be specified.
  • the operation management apparatus 100 may perform a predetermined number of simulations and specify the adjustment value having the smallest evaluation value obtained from the result of each simulation as the adjustment value used in actual operation. .
  • the operation management apparatus 100 according to the second embodiment is different from the first embodiment in the evaluation value calculation method by the evaluation value calculation unit 130.
  • the operation management apparatus 100 according to the second embodiment specifies an optimal combination of adjustment values in consideration of the variation.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a method for calculating the maximum value of power consumption by the evaluation value calculation unit 130 according to the second embodiment.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a method for calculating the maximum value of regenerative power by the evaluation value calculation unit 130 according to the second embodiment.
  • the evaluation value calculation unit 130 according to the second embodiment calculates the total vehicle power at each time in consideration of the variation time ⁇ .
  • the variation time ⁇ is a time assumed as a variation in the departure time of the station. Specifically, first, as shown in FIG. 4A, the evaluation value calculation unit 130 performs powering for a predetermined variation time ⁇ centered on the time (time t in FIG. 4A) at each time.
  • the maximum value W 1 is calculated from the power consumption range r 1 of each vehicle.
  • the maximum value W 1 of the power consumption of the vehicle during the variation time ⁇ is 0 or more.
  • the evaluation value calculation unit 130 determines, for each time, each vehicle that is braked during a predetermined variation time ⁇ centered on the time (time t in FIG. 4B). calculating the maximum value W 2 from range r 2 of the regenerative power.
  • the maximum value W 2 of the vehicle regenerative power in the variation time ⁇ any in terms of power consumption becomes zero following values.
  • evaluation value calculation unit 130 by the maximum value W 1 of the power consumption in the variation time ⁇ in each vehicle, subtracts the maximum value W 2 of the regenerative power in the variation time ⁇ in each vehicle, total vehicle at the time Calculate power.
  • the function max + is a function indicating the maximum value of power consumption in the variation time ⁇ i centered on the time t.
  • the function max ⁇ is a function indicating a value obtained by converting the maximum value of the regenerative power in the variation time ⁇ i centered on the time t into power consumption.
  • P i (t, ⁇ i, t hi , t di ) is the i-th vehicle when the departure interval of the i-th vehicle is t hi , the station stop time is t di , and the variation time is ⁇ i.
  • the power consumption at time t is shown.
  • the operation management apparatus 100 can obtain a more robust operation diagram by formulating an operation diagram using the adjustment values according to the second embodiment. This is because the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value that takes into account variations in departure time from the service schedule.
  • the operation management apparatus 100 uses the same value for each vehicle as the variation time ⁇ i of the departure time at each time, but the present invention is not limited to this.
  • the departure time variation time can be set for each station.
  • the operation management apparatus 100 according to the third embodiment differs from the first and second embodiments in the evaluation value calculation method by the evaluation value calculation unit 130.
  • a reference value for example, a headway or a round trip time
  • a departure interval of a vehicle For example, if the departure interval of the vehicle is set to be extremely large, it is assumed that the headway and round trip time of each station become long and the use of the vehicle becomes inconvenient.
  • the operation management apparatus 100 according to the third embodiment specifies a combination of adjustment values that have a small deviation from the reference value and save energy.
  • the evaluation value calculation unit 130 further adds a penalty value based on the difference between the adjustment value of each vehicle and the reference value to the evaluation value calculated by the calculation method of the second embodiment. Then, the evaluation value is calculated. In the third embodiment, the evaluation value calculation unit 130 adds the penalty value for the departure interval (that is, the headway at the first station) and the penalty value for the round trip time as the penalty value.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates a penalty value for the departure interval by multiplying the sum of squares of the difference between the departure interval of each vehicle and the reference value of the departure interval by a predetermined weight. As a result, the penalty value increases as the difference between the departure interval and the reference value deviates.
  • the evaluation value calculation unit 130 multiplies the sum of squares for each vehicle of the difference between the station stop time and inter-station travel time for each station and the reference value for the round trip time by a predetermined weight, thereby rounding Calculate the penalty value for trip time. As a result, the penalty value increases as the round trip time of each vehicle deviates from the reference value.
  • w 1 indicates the weight of the penalty value of the departure interval.
  • t h (with a bar) indicates a reference value of the departure interval of the i-th vehicle.
  • t rij indicates the time during which the i-th vehicle travels from the j-th station to the j + 1-th station.
  • t dij indicates the station stop time of the j-th station for the i-th vehicle.
  • RTT indicates a reference value of the round trip time.
  • the operation management apparatus 100 formulates an operation schedule using the adjustment values according to the third embodiment, thereby minimizing an error from the reference value.
  • An operation diagram that saves energy can be generated. This is because the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value that takes into account the deviation from the reference value.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value by adding a penalty value to the evaluation value calculated by the calculation method of the second embodiment.
  • the evaluation value calculation unit may calculate the evaluation value by adding a penalty value to the evaluation value calculated by the calculation method of the first embodiment, for example.
  • the operation management apparatus 100 according to the fourth embodiment is different from the first to third embodiments in the evaluation value calculation method by the evaluation value calculation unit 130. Realistically, each station in the transport system has a minimum time for the vehicle to stop. If the minimum station stop time is not observed, it is assumed that it becomes difficult to get on the vehicle at the station, and the use of the vehicle becomes inconvenient.
  • the operation management apparatus 100 according to the fourth embodiment specifies a combination of adjustment values that ensures a minimum station stop time and saves energy.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value by adding a penalty value based on the station stop time to the evaluation value calculated in the third embodiment. For example, the evaluation value calculation unit 130 calculates the penalty value of the station stop time by taking the sum of squares for each vehicle with respect to the reciprocal of the value obtained by subtracting the set station stop time from the minimum station stop time of each station. can do. Thereby, the penalty value becomes infinite when the minimum station stop time is not secured.
  • an operation diagram that uses the adjustment value according to the fourth embodiment to formulate an operation diagram, and secures a minimum station stop time, and then saves energy. Can be generated. This is because the evaluation value calculation unit 130 calculates an evaluation value that takes into account the minimum station stop time.
  • the evaluation value calculation unit 130 calculates the evaluation value by adding the penalty value to the evaluation value calculated by the calculation method of the third embodiment. It is not limited to this. In another embodiment, the evaluation value calculation unit 130 may calculate the evaluation value by adding a penalty value to the evaluation value calculated by the calculation method of the first or second embodiment, for example.
  • the penalty value of the station stop time is the sum of squares of the reciprocal of the value obtained by subtracting the set station stop time from the minimum station stop time of each station.
  • the penalty value of the station stop time is an absolute value of the value. May be.
  • the penalty value of the station stop time may be zero.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram illustrating a configuration of the operation management apparatus 100 according to the fifth embodiment.
  • the operation management apparatus 100 according to the fifth embodiment further includes a travel pattern setting unit 150 in addition to the configuration of the operation management apparatus 100 according to the first to fourth embodiments.
  • the travel pattern setting unit 150 sets a travel pattern selected from a plurality of travel patterns for the routes between the vehicles and the stations.
  • the traveling pattern setting unit 150 can minimize the setting parameters by setting only the maximum speed as the setting parameter and setting the acceleration at the time of departure and the acceleration at the time of stopping as fixed values.
  • the station arrival time t can be calculated using the following equation (4).
  • Vmax indicates the maximum speed.
  • L shows the distance between stations.
  • a1 shows the acceleration at the time of departure.
  • a2 shows the acceleration at the time of a stop.
  • the power calculation unit 120 and the evaluation value calculation unit 130 according to the fifth embodiment perform simulation and calculation of the evaluation value using the travel pattern.
  • the travel pattern setting unit 150 changes the travel pattern based on the evaluation value.
  • the travel pattern setting unit 150 changes the travel pattern.
  • the operation management apparatus 100 can generate
  • the traveling pattern setting unit 150 may fix the travel pattern of each route and set the travel pattern for each vehicle. In another embodiment, the travel pattern setting unit 150 may fix the travel pattern of each vehicle and set the travel pattern for each route.
  • the above-mentioned operation management apparatus 100 has a computer system inside.
  • the operation of each processing unit described above is stored in a computer-readable non-temporary tangible recording medium in the form of a program.
  • the above processing is performed by the computer reading and executing this program.
  • the computer-readable non-temporary tangible recording medium includes a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, and the like.
  • the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
  • the program may be for realizing a part of the above-described functions. Furthermore, what can implement
  • the operation management device obtains an optimal operation diagram for operating the vehicle in a predetermined traveling pattern by obtaining an optimal value of at least one of the station stop time and the departure interval. By reducing the number of traveling patterns in this way, the operation management device can obtain an optimal operation diagram in a short time.

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Abstract

　車両それぞれについて駅停車時間または出発間隔を含む調整値を設定する。次に、設定した調整値及び走行パターンを用いて、車両が運行した場合における前記車両それぞれの消費電力及び回生電力を、時刻ごとに算出する。次に、時刻ごとに、力行している車両の消費電力の総和から、制動している車両の回生電力の総和を減算して、当該時刻における総車両電力を算出する。次に、時刻ごとの総車両電力から正値または負値を抽出する。次に、抽出した値の総和の絶対値を用いて評価値を算出する。次に、評価値が小さくなる調整値を特定する。

Description

運行管理装置、運行管理方法、及びプログラム
　本発明は、所定の走行パターンで運行する複数の車両の運行を管理する運行管理装置、運行管理方法、及びプログラムに関する。
　本願は、２０１３年２月１８日に、日本に出願された特願２０１３－０２９３０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、架線から供給される電力によって運行する車両について、消費電力を低減させることが望まれている。特許文献１には、車両の走行軌道上のチェックポイントに車両が到達した時刻が、運転状況から予測されるチェックポイントの到達時刻より早いときに、車両の消費電力を抑える走行パターンに基づいて車両を制御する技術が開示されている。また、特許文献１には、力行する車両があるエリアに存在するときに、同じエリア内の車両を減速させる技術が開示されている。
　また、特許文献２には、運行ダイヤの作成を行う際に、総回生電力量と総加速電力量との比である回生率を、運行ダイヤの変更条件に応じて表示する技術が開示されている。
日本国特許第４０２７４２１号公報 日本国特許第４４１０６４３号公報
　特許文献１に開示された方法は、実際に運行している車両の走行パターンをアドホックに変更することで、省エネルギーを達成しようとするものである。しかしながら、元の運行ダイヤが適切に設定されていなければ十分に省エネルギーを達成することができない。特許文献２に開示された方法は、回生電力を可視化するものの、省エネルギーの観点で最適化された運行ダイヤを特定するものではない。特許文献２に開示された方法では、管理者が運行ダイヤの策定を行う必要がある。
　特許文献１、２に開示された方法は、何れも予め用意しておいた複数の走行パターンのいずれの走行パターンを用いるかを選択することによって、省エネルギーを達成しようとするものである。十分な省エネルギーを達成するには、駅間距離や路線状態（勾配など）に合わせた走行パターンを用意する必要がある。駅間距離や路線状態（勾配など）に合わせた走行パターンを用意すると、走行パターンの数が増える。走行パターンの数が増えると、シミュレーションのパターン数が増大する。シミュレーションのパターン数が増大すると、最適な運行ダイヤに収束するまでに時間がかかる。
　本発明の目的は、上述した課題を解決する運行管理装置、運行管理方法、及びプログラムを提供することにある。
　本発明の第１の態様は、所定の走行パターンで運行する複数の車両の運行を管理する運行管理装置である。第１の態様の運行管理装置は、前記車両それぞれについて駅停車時間か出発間隔かの少なくとも一方を含む調整値を設定する調整値設定部を備える。第１の態様の運行管理装置は、前記調整値設定部が設定した調整値及び前記走行パターンを用いて、前記車両が運行した場合における前記車両それぞれの消費電力及び回生電力を、時刻ごとに算出する電力算出部を備える。第１の態様の運行管理装置は、前記電力算出部が消費電力及び回生電力を算出した時刻ごとに、以下のステップを実行する評価値算出部を備える。１．前記評価値算出部が、力行している車両の消費電力の総和から、制動している車両の回生電力の総和を減算して、当該時刻における総車両電力を算出するステップ。２．前記評価値算出部が、前記時刻ごとの総車両電力から正値か負値かの少なくとも一方の値を抽出するステップ。３．前記評価値算出部が、前記抽出した値の総和の絶対値を用いて評価値を算出するステップ。第１の態様の運行管理装置は、前記評価値算出部が算出した評価値が小さくなる前記調整値を特定する最適値特定部を備える。
　また、本発明の第２の態様は、第１の態様の運行管理装置において、前記評価値算出部が時刻ごとに、以下の手順で当該時刻における前記総車両電力を算出する。前記評価値算出部は、所定のバラツキ時間の間において力行している各車両の消費電力の最大値の総和から、前記バラツキ時間の間において制動している各車両の回生電力の総和を減算する。バラツキ時間は、当該時刻を中心とした時間である。
　また、本発明の第３の態様は、第１または第２の態様の運行管理装置において、前記評価値算出部が、以下の手順で前記評価値を算出する。前記評価値算出部は、前記抽出した値の総和の絶対値に、前記車両それぞれについて値を加算する。当該値は、当該車両の調整値と予め定められた当該調整値の基準値との差に基づく値である。
　また、本発明の第４の態様は、第１から第３の何れかの態様の運行管理装置において、前記調整値設定部が、調整値として少なくとも駅停車時間を設定する。第４の態様の前記評価値算出部は、前記抽出した値の総和の絶対値に、ペナルティ値を加算して、前記評価値を算出する。前記ペナルティ値は、前記車両それぞれについて駅停車時間が予め定められた最低限の駅停車時間より短い場合に課される値である。
　また、本発明の第５の態様は、第１から第４の何れかの態様の運行管理装置において、前記車両か駅間の経路かの少なくとも一方について、所定の複数の走行パターンのうち１つを設定する走行パターン設定部を備える。第５の態様の前記電力算出部は、調整値及び走行パターンを用いて、前記車両が運行した場合における前記車両それぞれの消費電力及び回生電力を、時刻ごとに算出する。前記調整値は、前記調整値設定部が設定した調整値である。前記走行パターンは、前記走行パターン設定部が設定した走行パターンである。第５の態様の前記最適値特定部は、前記評価値算出部が算出した評価値が小さくなる前記調整値及び前記走行パターンを特定する。
　また、本発明の第６の態様は、第５の態様の前記複数の走行パターンが、発車時加速度及び停車時加速度が同じ値であって、最高速度がそれぞれ異なるものである。
　また、本発明の第７の態様は、所定の走行パターンで運行する複数の車両の運行管理方法である。第７の態様の運行管理方法は、前記車両それぞれについて駅停車時間か出発間隔かの少なくとも一方を含む調整値を設定するステップを備える。第７の態様の運行管理方法は、前記設定した調整値及び前記走行パターンを用いて、前記車両が運行した場合における前記車両それぞれの消費電力及び回生電力を、時刻ごとに算出するステップを備える。第７の態様の運行管理方法は、前記時刻ごとに、力行している車両の消費電力の総和から、制動している車両の回生電力の総和を減算して、当該時刻における総車両電力を算出するステップを備える。第７の態様の運行管理方法は、前記時刻ごとの総車両電力から正値か負値かの少なくとも一方の値を抽出するステップを備える。第７の態様の運行管理方法は、前記抽出した値の総和の絶対値を用いて評価値を算出するステップを備える。第７の態様の運行管理方法は、前記評価値が小さくなる前記調整値を特定するステップを備える。
　また、本発明の第８の態様は、所定の走行パターンで運行する複数の車両の運行を管理する運行管理装置のコンピュータを調整値設定部、電力算出部、評価値算出部、最適値特定部として機能させるためのプログラムである。調整値設定部は、前記車両それぞれについて駅停車時間か出発間隔かの少なくとも一方を含む調整値を設定する。電力算出部は、前記調整値設定部が設定した調整値及び前記走行パターンを用いて、前記車両が運行した場合における前記車両それぞれの消費電力及び回生電力を、時刻ごとに算出する。評価値算出部は、前記電力算出部が消費電力及び回生電力を算出した時刻ごとに、以下のステップを実行する。１．力行している車両の消費電力の総和から、制動している車両の回生電力の総和を減算して、当該時刻における総車両電力を算出するステップ。２．前記時刻ごとの総車両電力から正値か負値かの少なくとも一方の値を抽出するステップ。３．前記抽出した値の総和の絶対値を用いて評価値を算出するステップ。最適値特定部は、前記評価値算出部が算出した評価値が小さくなる前記調整値を特定する。
　上述した態様によれば、運行管理装置は、駅停車時間か出発間隔かの少なくとも一方の最適値を求める。これにより運行管理装置は、所定の走行パターンで車両を運行させる場合の最適な運行ダイヤを得る。運行管理装置は、走行パターンの数を減らすことで、短時間で最適な運行ダイヤを得ることができる。
本発明の第１の実施形態による運行管理装置の構成を示す概略ブロック図である。 電力算出部によるシミュレート結果の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る運行管理装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る評価値算出部による総車両電力の算出方法を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る評価値算出部による総車両電力の算出方法を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る運行管理装置の構成を示す概略ブロック図である。
《第１の実施形態》
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態による運行管理装置１００の構成を示す概略ブロック図である。
　運行管理装置１００は、複数の車両の運行ダイヤを生成する。車両は、架線から電力の供給を受けて運行する。運行管理装置１００は、車両の運行を管理する。運行管理装置１００は、調整値設定部１１０、電力算出部１２０、評価値算出部１３０、最適値特定部１４０を備える。
　調整値設定部１１０は、各車両についての各駅の駅停車時間（調整値）と、各車両についての出発間隔（調整値）とを設定する。駅停車時間とは、各駅に車両が停車する時間である。駅は、車両が走行する区間に設けられる。また、出発間隔とは、車両が走行する区間の始点において当該車両の前の車両が出発してから当該車両が出発するまでの時間である。
　電力算出部１２０は、予め定めた１つの走行パターンで各車両を走行させた場合の時刻ごとの消費電力をシミュレーションによって算出する。電力算出部１２０は、調整値設定部１１０が設定した駅停車時間と出発間隔を用いて消費電力を算出する。本実施形態において電力算出部１２０は、消費電力を正値の電力として算出し、回生電力を負値の電力として算出する。ある時刻の消費電力として電力算出部１２０が算出した値が負値である場合、当該算出した値の絶対値に相当する電力が、架線に回収される。電力算出部１２０は、ピークタイムにおける車両の運行をシミュレートしても良い。電力算出部１２０は、全ての車両が元の位置に戻るまでの時間における車両の運行をシミュレートしても良い。
　図２は、電力算出部１２０によるシミュレート結果の一例を示す図である。
　電力算出部１２０は、１つの車両について走行をシミュレートすると、図２に示すように、時刻ごとの消費電力を出力する。図２に示すように、電力算出部１２０の算出結果は、調整値設定部１１０が設定した出発間隔や、駅間停車時間に応じた値となる。電力算出部１２０は、図２に示すような時刻と電力の関係を、車両ごとに出力する。
　評価値算出部１３０は、調整値設定部１１０が設定した駅停車時間及び出発間隔を用いた場合における評価値を算出する。評価値算出部１３０は、電力算出部１２０が算出した時刻ごとの消費電力に基づいて、評価値を算出する。評価値が小さい値であるほど省エネルギー性が高いことを示す。具体的には、評価値算出部１３０は、以下の手順で評価値を算出する。評価値算出部１３０は、電力算出部１２０が算出した電力を時刻ごとに総和する。次に、評価値算出部１３０は、時刻ごとの電力の総和のうち正値のみを足し合わすことで、評価値を算出する。
　最適値特定部１４０は、評価値算出部１３０が算出した評価値のうち最も小さい値に関連付けられた駅停車時間及び出発間隔を、駅停車時間及び出発間隔の最適値と特定する。最適値特定部１４０が最適値を特定することで、走行パターン、駅停車時間、出発間隔が定まる。これにより、運行管理装置１００は、省エネルギーとなる運行ダイヤを特定することができる。
　ここで、評価値算出部１３０による評価値の算出方法について詳しく説明する。
　評価値算出部１３０は、以下に示す式（１）を用いて評価値Ｊを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　Ｔは評価対象となる時間を示す。関数ＭＡＸは、括弧内の複数の数値のうち最も大きいものを選択する関数である。ｎは、車両の総数を示す。Ｐｉ（ｔ，ｔｈｉ，ｔｄｉ）は、ｉ番目の車両の出発間隔をｔｈｉとし、駅停車時間をｔｄｉとした場合における、ｉ番目の車両の時刻ｔにおける消費電力を示す。駅停車時間ｔｄｉは、駅ごとに設定された停車時間からなる数列である。例えば駅数がｍである場合、駅停車時間ｔｄｉは、ｍ個の数値からなる数列となる。
　評価値算出部１３０は、まず時刻０から時刻Ｔまでの各時刻ｔについて、各車両の消費電力Ｐｉ（ｔ，ｔｈｉ，ｔｄｉ）を算出する。次に、評価値算出部１３０は、当該時刻ｔにおける各車両の消費電力の総和である総車両電力Σ（Ｐｉ（ｔ，ｔｈｉ，ｔｄｉ））を算出する。上述したとおり、車両が制動により回生電力を生じた場合、電力算出部１２０は消費電力を負値で出力する。そのため、評価値算出部１３０による総和の計算は、力行している車両の消費電力の総和から、制動している車両の回生電力の総和を減算する計算と等価である。次に、評価値算出部１３０は、ＭＡＸ関数により、算出した各時刻における総車両電力のうち正値のみを抽出する。これにより、他の車両によって利用されない回生電力が多いほど評価値が高くなる。次に、評価値算出部１３０は、抽出した値の総和を算出することで、評価値Ｊを算出する。なお、当該評価値Ｊは、当然ながら、抽出した総車両電力の正値の絶対値と等しい。
　次に、第１の実施形態に係る運行管理装置１００の動作について説明する。なお、本実施形態では、遺伝的アルゴリズムを用いて駅停車時間及び出発間隔を最適化する例について説明する。駅停車時間及び出発間隔の最適化は、遺伝的アルゴリズムに限られず、例えば分枝限定法やＮｅｌｄｅｒ－Ｍｅａｄ法など他の解探索手法を用いても良い。なお、Ｎｅｌｄｅｒ－Ｍｅａｄ法とは、以下の手順で解を探索する大域的非線形最適化手法である。まず、独立変数より多い頂点を有するシンプレックスを作る。次に、シンプレックスの頂点の中で最悪の評価値をとる点の残りの頂点に基づいてシンプレックスを修正する。
　図３は、第１の実施形態に係る運行管理装置１００の動作を示すフローチャートである。
　まず、調整値設定部１１０は、各車両についての各駅の駅停車時間と、各車両についての出発間隔との組み合わせを、Ｎパターン設定する（ステップＳ１）。調整値設定部１１０は、初回の駅停車時間と出発間隔の設定を、乱数に基づいて行っても良い。調整値設定部１１０は、、初回の駅停車時間と出発間隔の設定を、利用者の手入力などによって行っても良い。
　次に、電力算出部１２０は、調整値設定部１１０が設定した調整値のパターンごとに、全車両の走行シミュレーションを行う。次に、電力算出部は、走行シミュレーションに基づいて各時刻における消費電力を算出する（ステップＳ２）。次に、評価値算出部１３０は、上述した式（１）を用いて調整値のパターンごとに、消費電力の評価値を算出する（ステップＳ３）。
　次に、最適値特定部１４０は、評価値の算出の終了条件を満たしているか否かを判定する（ステップＳ４）。評価値の算出の終了条件としては、例えば電力算出部１２０によるシミュレーションの実行回数が所定数に達することや、評価値算出部１３０が算出した評価値の最小値の差が所定値未満になることなどが挙げられる。
　最適値特定部１４０が、評価値の算出の終了条件を満たしていないと判定した場合（ステップＳ４：ＮＯ）、運行管理装置１００は、評価値を算出した調整値のパターンについて、遺伝的アルゴリズムに基づく遺伝的操作を行う。つまり、運行管理装置１００は、調整値設定部１１０が設定した調整値のパターンから、評価値が小さいパターンが残るように、選択、交叉、または突然変異の操作を行う。運行管理装置１００は、以下に示すステップＳ５～ステップＳ１０の操作を繰り返し実行する。
　まず、調整値設定部１１０は、選択、交叉、突然変異の何れの操作を行うかを、ランダムに決定する（ステップＳ５）。なお、通常、遺伝的アルゴリズムでは、何れの処理を行うかを決定する確率は、交叉操作を行う確率≧選択操作を行う確率≧突然変異操作を行う確率の順に設定される。
　調整値設定部１１０は、交叉操作を行うことを決定した場合（ステップＳ５：交叉）、評価値算出部１３０が評価値を算出した複数の調整値のパターンの中から、２つの調整値のパターンを選択する（ステップＳ６）。調整値設定部１１０は、当該評価値に応じた重みに基づく確率に従って２つの調整値のパターンを選択する。評価値が小さい調整値のパターンほど、重みが大きいため調整値設定部１１０によって選択されやすい。
　次に、調整値設定部１１０は、選択した２つの調整値のパターンを入れ替えて、調整値のパターンを新たに生成する（ステップＳ７）。調整値のパターンの入れ替え方法としては、一点交叉法、二点交叉法、多点交叉法の何れを用いても良い。調整値設定部１１０は、車両ごとに駅停車時間または出発間隔を入れ替えても良い。調整値設定部１１０は、駅ごとに駅停車時間を入れ替えても良い。
　また、調整値設定部１１０は、ステップＳ５で突然変異操作を行うことを決定した場合（ステップＳ５：突然変異）、評価値算出部１３０が評価値を算出した複数の調整値のパターンの中から調整値のパターンを１つ選択する（ステップＳ８）。調整値設定部１１０は、当該評価値に応じた重みに基づく確率に従って調整値のパターンを１つ選択する。次に、調整値設定部１１０は、選択した調整値のパターンの一部の調整値をランダムに書き換えることで、調整値のパターンを新たに生成する（ステップＳ９）。
　また、調整値設定部１１０は、ステップＳ５で選択操作を行うことを決定した場合（ステップＳ５：選択）、評価値算出部１３０が評価値を算出した複数の調整値のパターンの中から、１つの調整値のパターンを、シミュレーションの対象として抽出する（ステップＳ１０）。調整値設定部１１０は、当該評価値に応じた重みに基づく確率に従って１つの調整値のパターンを抽出する。
　上述したステップＳ５～ステップＳ１０の処理により、調整値設定部１１０がＮ個の調整値のパターンを抽出すると、運行管理装置１００は、ステップＳ２に戻る。運行管理装置１００は、ステップＳ２に戻ると、各調整値のパターンについて全車両の走行シミュレーションを行う。
　上記処理を繰り返し実行することで、最適値特定部１４０が、ステップＳ４の終了条件を満たしたと判定した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、最適値特定部１４０は、実運用するパターンを特定する（ステップＳ１１）。最適値特定部１４０は、評価値算出部１３０が算出した評価値が最小となる調整値のパターンを、実運用するパターンとして特定する。
　このように、第１の実施形態によれば、運行管理装置１００は、式（１）によって算出される評価値が小さくなるように、各車両についての各駅の駅停車時間、及び各車両についての出発間隔を特定する。これにより、運行管理装置１００は、回生電力を有効に利用することができる運行ダイヤを特定することができる。運行管理装置１００は、走行パターンを固定し、駅停車時間及び出発間隔の最適なパターンを導出することで、短時間で最適解を特定することができる。
　第１の実施形態によれば、走行パターンを固定することで、短時間で最適解を特定することができる。従来は最適解の特定に時間がかかるためにオフラインで運行ダイヤを計算し、当該運行ダイヤに従って車両を走行させる必要があった。第１の実施形態に係る運行管理装置１００は、オンラインで車両同士の状態を把握して走行パターンを変更することができる。
　第１の実施形態では、調整値設定部１１０が、調整値として、各車両についての各駅の駅停車時間、及び各車両についての出発間隔を設定する場合について説明した。これに限られず、他の実施形態では、駅停車時間か出発間隔かの何れかを固定値として、調整値設定部１１０が、駅停車時間か出発間隔かの一方のみを調整値として用いても良い。
　第１の実施形態では、調整値設定部１１０が、駅停車時間を、車両ごとかつ駅ごとに設定する場合について説明した。これに限られず、他の実施形態では、調整値設定部１１０が車両ごとに全駅共通の駅停車時間を設定しても良い。他の実施形態では、調整値設定部１１０が駅ごとに全車両共通の駅停車時間を設定しても良い。
　第１の実施形態では、評価値算出部１３０が、式（１）においてＭＡＸ関数により、算出した各時刻における総車両電力のうち正値のみを抽出することで、消費電力に基づいて評価値を算出する場合について説明した。これに限られず、他の実施形態では、例えば、評価値算出部１３０が、ＭＩＮ関数により、総車両電力のうち負値のみを抽出し、その絶対値を取ることで、回生電力に基づく評価値を算出しても良い。また、他の実施形態では、評価値算出部１３０が、消費電力に基づく評価値と回生電力に基づく評価値をそれぞれ算出し、最適値特定部１４０が、双方の評価値に基づいて、調整値を特定しても良い。
　第１の実施形態では、運行管理装置１００が、遺伝的アルゴリズムを用いて評価値の最適化を図る場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、運行管理装置１００が、所定回数のシミュレーションを行い、各シミュレーションの結果から得られた評価値が最も小さい調整値を、実運用に用いる調整値として特定しても良い。
《第２の実施形態》
　次に、第２の実施形態に係る運行管理装置１００について説明する。
　第２の実施形態による運行管理装置１００は、評価値算出部１３０による評価値の算出方法が第１の実施形態と異なる。
　車両を実際に走行させると、各時刻における実際の走行距離と運行ダイヤによって定められた走行距離との間にバラツキが生じることがある。このバラツキは、駅の出発時刻が前後にずれることがあるために生じる。第２の実施形態に係る運行管理装置１００は、当該バラツキを加味して、最適な調整値の組み合わせを特定する。
　図４Ａは、第２の実施形態に係る評価値算出部１３０による消費電力の最大値の算出方法を示す図である。図４Ｂは、第２の実施形態に係る評価値算出部１３０による回生電力の最大値の算出方法を示す図である。
　第２の実施形態に係る評価値算出部１３０は、バラツキ時間τを加味して各時刻の総車両電力を算出する。バラツキ時間τは、駅の出発時間のバラツキとして想定される時間である。具体的には、まず、評価値算出部１３０は、図４Ａに示すように、時刻ごとに、当該時刻（図４Ａでは、時刻ｔ）を中心とした所定のバラツキ時間τの間において力行している各車両の消費電力の範囲ｒ１から最大値Ｗ１を算出する。バラツキ時間τにおける車両の消費電力の最大値Ｗ１は、０以上の値となる。同様に、評価値算出部１３０は、図４Ｂに示すように、時刻ごとに、当該時刻（図４Ｂでは、時刻ｔ）を中心とした所定のバラツキ時間τの間において制動している各車両の回生電力の範囲ｒ２から最大値Ｗ２を算出する。なお、バラツキ時間τにおける車両の回生電力の最大値Ｗ２は、消費電力に換算すると何れも０以下の値となる。そして、評価値算出部１３０は、各車両におけるバラツキ時間τにおける消費電力の最大値Ｗ１から、各車両におけるバラツキ時間τにおける回生電力の最大値Ｗ２を減算することで、当該時刻における総車両電力を算出する。
　つまり、第２の実施形態に係る評価値算出部１３０による評価値の算出は、以下に示す式（２）によって得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　関数ｍａｘ＋は、時刻ｔを中心としたバラツキ時間τｉにおける消費電力の最大値を示す関数である。関数ｍａｘ－は、時刻ｔを中心としたバラツキ時間τｉにおける回生電力の最大値を消費電力に換算した値を示す関数である。Ｐｉ（ｔ，τｉ，ｔｈｉ，ｔｄｉ）は、ｉ番目の車両の出発間隔をｔｈｉとし、駅停車時間をｔｄｉとし、バラツキ時間をτｉとした場合における、ｉ番目の車両の時刻ｔにおける消費電力を示す。
　このように、第２の実施形態によれば、運行管理装置１００は、第２の実施形態に係る調整値を用いて運行ダイヤを策定することで、よりロバストな運行ダイヤを得ることができる。これは、評価値算出部１３０が運行ダイヤからの出発時間のバラツキを加味した評価値を算出するためである。
　なお、本実施形態では、運行管理装置１００が、各時刻における出発時間のバラツキ時間τｉとして車両ごとに同じ値を用いる場合について説明したが、これに限られない。例えば、駅ごとに少しずつ運行ダイヤとのずれが大きくなることが想定されるのであれば、駅ごとに、出発時間のバラツキ時間を設定しておくことができる。
《第３の実施形態》
　次に、第３の実施形態について説明する。
　第３の実施形態による運行管理装置１００は、評価値算出部１３０による評価値の算出方法が第１、第２の実施形態と異なる。
　一般に、車両の駅停車時間及び出発間隔は、予め基準値（例えば、ヘッドウェイやラウンドトリップタイム）が定められている。例えば、車両の出発間隔が著しく大きく設定されてしまうと、各駅のヘッドウェイやラウンドトリップタイムが長くなり、車両の利用が不便になってしまうことが想定される。第３の実施形態に係る運行管理装置１００は、基準値からのずれ量が小さく、かつ省エネルギーとなる調整値の組み合わせを特定する。
　第３の実施形態に係る評価値算出部１３０は、第２の実施形態の算出方法で算出された評価値に、さらに車両それぞれの調整値と基準値との差に基づくペナルティ値を加算することで、評価値を算出する。第３の実施形態では、評価値算出部１３０は、ペナルティ値として、出発間隔（すなわち最初の駅におけるヘッドウェイ）についてのペナルティ値とラウンドトリップタイムについてのペナルティ値を加算する。
　評価値算出部１３０は、各車両の出発間隔と出発間隔の基準値との差の二乗和に所定の重みを乗算することで出発間隔のペナルティ値を算出する。これにより、出発間隔と基準値との差が乖離しているほど、ペナルティ値が大きくなる。
　評価値算出部１３０は、駅ごとの駅停車時間と駅間走行時間の和と、ラウンドトリップタイムの基準値との差の、車両ごとの二乗和に、所定の重みを乗算することで、ラウンドトリップタイムのペナルティ値を算出する。これにより、各車両のラウンドトリップタイムがその基準値と乖離しているほど、ペナルティ値が大きくなる。
　つまり、第３の実施形態に係る評価値算出部１３０による評価値の算出は、以下に示す式（３）によって得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ｗ１は、出発間隔のペナルティ値の重みを示す。ｔｈ（バー付き）は、ｉ番目の車両の出発間隔の基準値を示す。ｔｒｉｊは、ｉ番目の車両がｊ番目の駅からｊ＋１番目の駅の間を走行する時間を示す。ｔｄｉｊは、ｉ番目の車両についてのｊ番目の駅の駅停車時間を示す。ＲＴＴは、ラウンドトリップタイムの基準値を示す。
　このように、第３の実施形態によれば、運行管理装置１００は、第３の実施形態に係る調整値を用いて運行ダイヤを策定することで、基準値との誤差を最小にしたうえで、省エネルギーを図る運行ダイヤを生成することができる。これは、評価値算出部１３０が基準値からのずれを加味した評価値を算出するためである。
　第３の実施形態では、評価値算出部１３０が、第２の実施形態の算出方法で算出された評価値に、ペナルティ値を加算することで評価値を算出する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、評価値算出部が、例えば第１の実施形態の算出方法で算出された評価値にペナルティ値を加算することで評価値を算出しても良い。
《第４の実施形態》
　次に、第４の実施形態について説明する。
　第４の実施形態による運行管理装置１００は、評価値算出部１３０による評価値の算出方法が第１～第３の実施形態と異なる。
　現実的には、交通システムの各駅には、車両が停車するべき最低限の時間がある。当該最低限の駅停車時間が守られなければ、当該駅において車両に乗車することが困難になり、車両の利用が不便になってしまうことが想定される。第４の実施形態に係る運行管理装置１００は、最低限の駅停車時間を確保し、かつ省エネルギーとなる調整値の組み合わせを特定する。
　第４の実施形態に係る評価値算出部１３０は、第３の実施形態において算出した評価値に、さらに駅停車時間に基づくペナルティ値を加算することで、評価値を算出する。
　評価値算出部１３０は、例えば、各駅の最低限の駅停車時間から設定された駅停車時間を減算した値の逆数について、車両ごとに二乗和をとることで、駅停車時間のペナルティ値を算出することができる。これにより、最低限の駅停車時間が確保されていない場合に、ペナルティ値が無限大になる。
　このように、第４の実施形態によれば、第４の実施形態に係る調整値を用いて運行ダイヤを策定することで、最低限の駅停車時間を確保したうえで、省エネルギーを図る運行ダイヤを生成することができる。これは、評価値算出部１３０が最低限の駅停車時間を加味した評価値を算出するためである。
　なお、第４の実施形態では、評価値算出部１３０が、第３の実施形態の算出方法で算出された評価値に、ペナルティ値を加算することで評価値を算出する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、評価値算出部１３０は、例えば第１または第２の実施形態の算出方法で算出された評価値に、ペナルティ値を加算することで評価値を算出しても良い。
　また、第４の実施形態では、駅停車時間のペナルティ値が、各駅の最低限の駅停車時間から設定された駅停車時間を減算した値の逆数の二乗和である場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、各駅の駅停車時間から最低限の駅停車時間を減算して得られる値が負値である場合に、駅停車時間のペナルティ値は、当該値の絶対値であっても良い。そして当該他の実施形態では、各駅の駅停車時間から最低限の駅停車時間を減算して得られる値が正値である場合に、駅停車時間のペナルティ値は、０であっても良い。
《第５の実施形態》
　次に、第５の実施形態について説明する。
　第１～第４の実施形態においては、運行管理装置１００が、予め設定された１つの走行パターンに基づいて最適化を行う場合について説明した。第５の実施形態では、運行管理装置１００が複数の走行パターンを用いて最適化を行う。これにより、運行管理装置１００は、さらに省エネルギーを実現できる運行ダイヤを生成することができる。
　図５は、第５の実施形態に係る運行管理装置１００の構成を示す概略ブロック図である。
　第５の実施形態に係る運行管理装置１００は、第１～第４の実施形態に係る運行管理装置１００の構成に加えて、さらに走行パターン設定部１５０を備える。走行パターン設定部１５０は、各車両及び各駅間の経路について、複数の走行パターンの中から選択した走行パターンを設定する。
　走行パターン設定部１５０は、最高速度のみを設定パラメータとし、発車時加速度及び停車時加速度を固定値とすることで、設定パラメータを最小限にすることができる。この場合、以下に示す式（４）を用いて駅到達時間ｔを算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　Ｖｍａｘは、最高速度を示す。Ｌは、駅間距離を示す。ａ１は、発車時加速度を示す。ａ２は、停車時加速度を示す。
　第５の実施形態に係る電力算出部１２０及び評価値算出部１３０は、当該走行パターンを用いてシミュレーション及び評価値の算出を行う。走行パターン設定部１５０は、当該評価値に基づいて走行パターンを変更する。
　このように、第５の実施形態によれば、運行管理装置１００は、走行パターン設定部１５０が走行パターンを変化させる。これにより、運行管理装置１００は、より省エネルギーを図る運行ダイヤを生成することができる。
　第５の実施形態では、走行パターン設定部１５０が、各車両及び各駅間の経路について、走行パターンを設定する場合について説明したが、これに限られない。他の実施形態では、走行パターン設定部１５０が、各経路の走行パターンを固定し、各車両について、走行パターンを設定しても良い。他の実施形態では、走行パターン設定部１５０が、各車両の走行パターンを固定し、各経路について、走行パターンを設定しても良い。
　以上、図面を参照していくつかの実施形態について詳しく説明した。しかしながら、具体的な構成は上述のものに限られない。具体的な構成は、要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
　なお、上述の運行管理装置１００は内部に、コンピュータシステムを有している。上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記憶されている。このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
　また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
　運行管理装置は、駅停車時間か出発間隔かの少なくとも一方の最適値を求めることで、所定の走行パターンで車両を運行させる場合の最適な運行ダイヤを得る。このように走行パターンの数を減らすことで、運行管理装置は、短時間で最適な運行ダイヤを得ることができる。
　１００…運行管理装置　１１０…調整値設定部　１２０…電力算出部　１３０…評価値算出部　１４０…最適値特定部　１５０…走行パターン設定部

Claims (8)

  1. 　所定の走行パターンで運行する複数の車両の運行を管理する運行管理装置であって、
    　前記車両それぞれについて駅停車時間か出発間隔かの少なくとも一方を含む調整値を設定する調整値設定部と、
    　前記調整値設定部が設定した調整値及び前記走行パターンを用いて、前記車両が運行した場合における前記車両それぞれの消費電力及び回生電力を、時刻ごとに算出する電力算出部と、
    　前記電力算出部が消費電力及び回生電力を算出した時刻ごとに、力行している車両の消費電力の総和から、制動している車両の回生電力の総和を減算して、当該時刻における総車両電力を算出するステップと、前記時刻ごとの総車両電力から正値か負値かの少なくとも一方の値を抽出するステップと、前記抽出した値の総和の絶対値を用いて評価値を算出するステップとを実行する評価値算出部と、
    　前記評価値算出部が算出した評価値が小さくなる前記調整値を特定する最適値特定部と
    　を備える運行管理装置。
  2. 　前記評価値算出部は、時刻ごとに、当該時刻を中心とした所定のバラツキ時間の間において力行している各車両の消費電力の最大値の総和から、前記バラツキ時間の間において制動している各車両の回生電力の総和を減算することで、当該時刻における前記総車両電力を算出する
    　請求項１に記載の運行管理装置。
  3. 　前記評価値算出部は、前記抽出した値の総和の絶対値に、前記車両それぞれについて、当該車両の調整値と予め定められた当該調整値の基準値との差に基づく値を加算して、前記評価値を算出する
    　請求項１または請求項２に記載の運行管理装置。
  4. 　前記調整値設定部は、調整値として少なくとも駅停車時間を設定し、
    　前記評価値算出部は、前記抽出した値の総和の絶対値に、前記車両それぞれについて駅停車時間が予め定められた最低限の駅停車時間より短い場合のペナルティ値を加算して、前記評価値を算出する
    　請求項１から請求項３の何れか１項に記載の運行管理装置。
  5. 　前記車両か駅間の経路かの少なくとも一方について、所定の複数の走行パターンのうち１つを設定する走行パターン設定部を備え、
    　前記電力算出部は、前記調整値設定部が設定した調整値及び前記走行パターン設定部が設定した走行パターンを用いて、前記車両が運行した場合における前記車両それぞれの消費電力及び回生電力を、時刻ごとに算出し、
    　前記最適値特定部は、前記評価値算出部が算出した評価値が小さくなる前記調整値及び前記走行パターンを特定する
    　請求項１から請求項４の何れか１項に記載の運行管理装置。
  6. 　前記複数の走行パターンは、発車時加速度及び停車時加速度が同じであって、最高速度がそれぞれ異なるものである
    　請求項５に記載の運行管理装置。
  7. 　所定の走行パターンで運行する複数の車両の運行管理方法であって、
    　前記車両それぞれについて駅停車時間か出発間隔かの少なくとも一方を含む調整値を設定するステップと、
    　前記設定した調整値及び前記走行パターンを用いて、前記車両が運行した場合における前記車両それぞれの消費電力及び回生電力を、時刻ごとに算出するステップと、
    　前記時刻ごとに、力行している車両の消費電力の総和から、制動している車両の回生電力の総和を減算して、当該時刻における総車両電力を算出するステップと、
    　前記時刻ごとの総車両電力から正値か負値かの少なくとも一方の値を抽出するステップと、
    　前記抽出した値の総和の絶対値を用いて評価値を算出するステップと、
    　前記評価値が小さくなる前記調整値を特定するステップと
    　を備える運行管理方法。
  8. 　所定の走行パターンで運行する複数の車両の運行を管理する運行管理装置のコンピュータを、
    　前記車両それぞれについて駅停車時間か出発間隔かの少なくとも一方を含む調整値を設定する調整値設定部、
    　前記調整値設定部が設定した調整値及び前記走行パターンを用いて、前記車両が運行した場合における前記車両それぞれの消費電力及び回生電力を、時刻ごとに算出する電力算出部、
    　前記電力算出部が消費電力及び回生電力を算出した時刻ごとに、力行している車両の消費電力の総和から、制動している車両の回生電力の総和を減算して、当該時刻における総車両電力を算出するステップと、前記時刻ごとの総車両電力から正値か負値かの少なくとも一方の値を抽出するステップと、前記抽出した値の総和の絶対値を用いて評価値を算出するステップとを実行する評価値算出部、
    　前記評価値算出部が算出した評価値が小さくなる前記調整値を特定する最適値特定部
    　として機能させるためのプログラム。
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