JP2019089449A - 列車走行制御装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイムに運転曲線を作成せずに、定時性確保と省エネの両立を実現する。
【解決手段】実施形態の列車走行制御装置の運転曲線作成部は、予め運転曲線データベースに格納された所定の駅間の基準運転曲線データに基づいて列車の計画運転曲線を作成し、速度変更設定部は、計画運転曲線に基づいて、制御対象列車が当該制御対象列車に先行して運行される先行列車の走行状態に起因して当該制御対象列車が現在駅から次の停車駅に至る駅間で停車する虞が生じた場合に、駅間での停車を回避するために制御対象列車の速度を、計画運転曲線で設定される速度より低速側に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、列車走行制御装置、方法及びプログラムに関する。

鉄道は計画されたダイヤに従って、乗客を運ぶ定時性の高い公共交通機関である。従って、従来は如何に定時性を確保しながら運行するかが重要な課題であった。
しかし、近年の電力不足からエネルギー効率のよい鉄道に対しても更なる省エネルギー（以下、単に省エネという。）が求められている。

特許第４４７１７３９号公報 特許第５４７６０７０号公報

ところで、列車の運行において遅れが発生した場合、その遅延した時間を回復させて定時性を確保するために列車の走行時間を計画ダイヤの走行時間よりも短くすることがある。このような場合に、先行列車も遅延を起こしている場合には、先行列車の走行状態に影響を受ける信号により、駅間で停止を余儀なくされる虞があった。

駅間で停止してしまった場合には、再度加速する必要が生じ、加速のためにエネルギーが消費され、エネルギー消費効率が悪化することとなっていた。

一方、駅間で停止をして無駄にエネルギーを消費することを回避するため、予めゆっくり走行することも考えられるが、当該列車が遅延している場合には遅延を回復することができないとともに、当該列車の後続列車の遅延を大きくする原因ともなり得ていた。

このような状況において駅間停止を防止するためにリアルタイムで運転曲線を作成する技術が提案されている。

しかしながら、リアルタイムで運転曲線を作成する場合、例えば、運転曲線の作成に１秒かかるとすると、現在時刻での速度が１０８ｋｍ／ｈであれば、１秒間でおよそ３０ｍも進んでしまうため、誤差が生じ、所望の制御が行えない虞があった。

そこで本発明は、リアルタイムに運転曲線を作成することなく、定時性確保と省エネの両立を実現することが可能な列車走行制御装置、方法及びプログラムを提供することを目的としている。

実施形態の列車走行制御装置の運転曲線作成部は、予め運転曲線データベースに格納された所定の駅間の基準運転曲線データに基づいて列車の計画運転曲線を作成する。
これにより、速度変更設定部は、計画運転曲線に基づいて、制御対象列車が当該制御対象列車に先行して運行される先行列車の走行状態に起因して当該制御対象列車が現在駅から次の停車駅に至る駅間で停車する虞が生じた場合に、駅間での停車を回避するために制御対象列車の速度を、計画運転曲線で設定される速度より低速側に設定する。

図１は、列車運行システムの概要構成ブロック図である。 図２は、列車駅間走行制御装置を含む列車運行システムの詳細構成ブロック図である。 図３は、列車走行制御装置の機能構成図である。 図４は、時刻運転曲線データの一例の説明図である。 図５は、運転曲線データベース（ＤＢ）の具体例の説明図である。 図６は、実施形態の列車駅間走行制御装置の処理フローチャートである。 図７は、速度変更情報の算出処理の処理フローチャートである。 図８は、時刻運転曲線追従モードの処理フローチャートである。 図９は、駅間停止回避モードの処理フローチャートである。 図１０は、運転支援情報画面の一例の説明図である。 図１１は、位置計測ができなかった場合のデータ取得例の説明図である。 図１２は、速度計測ができなかった場合のデータ取得例の説明図である。 図１３は、位置計測及び速度計測ができなかった場合のデータ取得例の説明図である。 図１４は、従来の走行状態の説明図である。 図１５は、実施形態の走行状態の説明図である。

次に図面を参照して実施形態について説明する。
［１］第１実施形態
図１は、列車運行システムの概要構成ブロック図である。
列車運行システム１００は、列車１１と、列車１１の進行方向において先行する先行列車１１Ｐと、複数の軌道回路１５と、複数の軌道回路１５と伝送路１６を介して接続される運行管理システム１０１と、を備えている。

図２は、実施形態の列車駅間走行制御装置を含む列車運行システムの詳細構成ブロック図である。
図２において、図１と同様の部分には同一の符号を付すものとする。

列車運行システム１００は、大別すると、列車１１（及び先行列車１１Ｐ）に対して架線１２及び線路１３を介して電力を供給する変電所１４と、列車１１の運行状態を監視するための軌道回路１５と、伝送路１６を介して変電所１４及び軌道回路１５と通信可能に接続され、列車１１の運行管理を行う運行管理装置１７と、運行管理装置１７の制御下で地上送受信装置１８を介して列車１１に搭載された後述の運転支援装置２２を用いて駅間における列車の走行制御を行う列車走行制御装置１９と、を備えている。

この場合において、運行管理装置１７及び列車走行制御装置１９は、運行指令所に設置されており、運行管理装置１７、地上送受信装置１８及び列車走行制御装置１９は、運行管理システム１０１を構成している。

列車１１は、地上送受信装置１８との間で通信を行う車上送受信装置２１と、運転士に対する運転支援を行う運転支援装置２２と、を備えている。そして、列車１１の車上送受信装置２１は、停車駅の出発時刻や到着時刻、駅間の走行実績等を地上の運行管理装置１７に送信し、地上の列車走行制御装置１９から出発時刻や運転支援装置２２に表示する運転支援情報等を受信する。

変電所１４は、列車の走行や地上にある保安設備、駅の設備などに供給する電力を管理している。また、変電所１４の電力管理情報は、伝送路１６を介して、運転指令所に設置された列車走行制御装置１９において取得可能となっている。

軌道回路１５は、列車の在線状況を確認するためのものである。軌道回路１５によれば、同一の閉塞区間に複数の列車１１が存在できないように制御を行うことができ、列車１１の衝突防止などの保安を担保することができる。

伝送路１６は、いわゆる通信ネットワークとして構成されており、列車１１の運行状況や変電所の使用電力の状況を運行管理装置１７に通知するための通信線路を構成している。
運行管理装置１７は、上述した軌道回路１５からの情報などを用いて、列車１１の在線状況を管理する。

地上送受信装置１８は、列車走行制御装置１９が作成した当該列車の速度変更情報を車上送受信装置２１に送信する。また、地上送受信装置１８は、車上送受信装置２１から速度変更情報を受信する。

列車走行制御装置１９は、当該列車１１の運行状態に応じて、運転支援装置２２を介して駅間における列車の走行制御を行う。

図３は、列車走行制御装置の機能構成図である。
列車走行制御装置１９は、大別すると、相対速度・相対距離算出部３１と、時刻運転曲線作成部３２と、速度変更算出部３３と、運行実績データベース（ＤＢ）３４と、計画ダイヤデータベース（ＤＢ）３５と、車両・路線情報データベース（ＤＢ）３６と、運転曲線データベース（ＤＢ）３７と、を備えている。

相対速度・相対距離算出部３１は、走行中の列車１１に対して、現在走行している駅間の現在時刻での速度および位置と、当該列車１１の先行列車１１Ｐの現在時刻での速度および位置から相対速度および相対距離を算出する。

時刻運転曲線作成部３２は、計画ダイヤデータベース３５に格納されている当該列車の列番と、現在停車している、あるいは、直前に停車していた駅を特定するための駅特定情報（駅ＩＤ）から計画ダイヤ上の出発する時刻と計画ダイヤ上の次停車駅に到着する時刻を参照して、当該駅間の走行時間を算出する。続いて時刻運転曲線作成部３２は、算出した当該駅間の走行時間に基づいて運転曲線データベース３７から現在駅の駅特定情報（駅ＩＤ）、次到着駅の駅特定情報（駅ＩＤ）および前出走行時間と同じ走行時間の基準運転曲線データを検索する。そして時刻運転曲線作成部３２は、計画ダイヤデータベース３５に記録されている現在停車している、あるいは、直前に停車していた駅の出発時刻に各経過時刻を加算することで当該列車１１の計画ダイヤの時刻に対する速度、位置等の情報を持つ時刻運転曲線データを作成する。

図４は、時刻運転曲線データの一例の説明図である。
時刻運転曲線データは、図４に示すように、当該列車１１が直前に停止した駅（出発駅）からダイヤ上出発する予定の時刻（図４の例の場合、８時００分００秒［８：００：００］）に対応させて、当該時刻における速度を格納した速度データ、当該時刻における出発駅からの距離を表す位置データ、各走行位置における瞬時消費電力を表す現在電力データ及び各走行位置に至るまでの累計消費電力量を表す累計電力量データを備えている。

図５は、運転曲線データベース（ＤＢ）の具体例の説明図である。
ところで、時刻運転曲線データは、各列番での駅間毎に作成するが、それぞれ個別にデータを持つと膨大な量になる。そこで時刻運転曲線データを作成するために必要な最低限のデータが図５のデータである。図５のデータは駅を出発してからの経過時間で記載してあるため、出発時刻がわかれば、その時刻を各時間列に加算することで図４に示した時刻運転曲線データを作成することができる。そのため、ある１つの駅間に着目すれば、走行時間が異なる基準運転曲線データのみ運転曲線ＤＢに記録すればよい。

運転曲線データベース（ＤＢ）３７は、時刻運転曲線作成部３２が作成した運転曲線及びダイヤ上の走行時間で予め計算されている運転曲線が記録されているデータベースである。

ここで、運転曲線データベース（ＤＢ）３７の具体例について説明する。
運転曲線データベース（ＤＢ）３７は、出発駅を特定するための出発駅ＩＤ及び到着駅を特定するための到着駅ＩＤで特定される特定の駅間について、走行開始後の経過時間を表す時間データ、時間データに対応する車両の速度を表す速度データ、出発駅を基準とする位置（走行位置）を表す位置データ、各走行位置における瞬時消費電力を表す現在電力データ及び各走行位置に至るまでの累計消費電力量を表す累計電力量データを備えている。
なお、現在電力データに関しては、乗車率を考慮して算出され、乗車率は、例えば、車体と台車との間に設けられたロードセンサの出力に基づいて算出される。

また、速度変更算出部３３は、相対速度・相対距離算出部３１で算出した相対速度及び相対距離並びに時刻運転曲線作成部３２で算出した時刻運転曲線データを用いて、当該列車１１が走行中の駅間でのダイヤで設定されている計画上の走行位置、現在の位置、速度及び先行列車との相対速度、相対位置に基づいて現在時刻以降の速度変更のための情報を算出する。

運行実績データベース（ＤＢ）３４は、列車運行の実績値を記録するデータベースである。具体的には、運行実績データベース３４には、所定の時間毎の時刻に対する速度、キロ程位置、瞬時電力、ノッチ番号等の組合せで表されるデータ群が記録されている。
計画ダイヤデータベース（ＤＢ）３５は、列番毎に各駅の出発時刻、到着時刻等が記載されているデータベースである。

車両・路線情報データベース（ＤＢ）３６は、各車両の速度に対する引張力、ブレーキ力および入力電流等のデータや当該路線のキロ程位置に対する勾配、制限速度、線路の曲率半径などの路線に関する情報が保存されているデータベースである。

次に実施形態の動作を説明する。
図６は、実施形態の列車駅間走行制御装置の処理フローチャートである。
図６に示される処理は、一定時間間隔（例えば、１０秒毎）または閉塞境界を通過したタイミングなどのイベント発生時に制御対象の列車に対して処理が開始される。

まず、列車走行制御装置１９は、制御対象の列車１１の現在時刻における速度及び位置並びに制御対象の列車１１の先行列車１１Ｐの現在時刻における速度及び位置を検知する（ステップＳ１１）。具体的には、速度と位置を検知する方法としてはＧＰＳなどを用いればよい。

次に列車走行制御装置１９は、ステップＳ１１で検知した列車１１及び先行列車１１Ｐの速度・位置を用いて相対速度と相対位置を算出する（ステップＳ１２）。
以下の説明においては、検知した当該列車１１の現在時刻ｔにおける速度および位置をそれぞれｖ（ｔ）とｘ（ｔ）、先行列車１１Ｐの速度および位置をそれぞれｖ_ｐｒｅｖ（ｔ）とｘ_ｐｒｅｖ（ｔ）とする。

これにより、相対速度ＣＶと相対距離ＣＸは次のように定義される。
相対速度ＣＶ＝［ｖ_ｐｒｅｖ（ｔ）−ｖ（ｔ）］
相対距離ＣＸ＝［ｘ_ｐｒｅｖ（ｔ）−ｘ（ｔ）］
ここで先行列車１１Ｐと制御対象の列車１１の位置関係は常に次式の関係が成り立っているものと仮定する。
ｘ_ｐｒｅｖ（ｔ）＞ｘ（ｔ）

先行列車１１Ｐは、計画ダイヤデータベース３５において、列車番号毎に各駅間で定義されているため、列車走行制御装置１９は、次の時刻運転曲線データを作成する処理で同時に先行列車１１Ｐの検索をしている。

次に列車走行制御装置１９は、制御対象の列車１１が現在時刻において停車している駅を特定するための駅ＩＤ又は直前に停車していた駅の駅ＩＤと制御対象の列車１１の列車番号情報に基づいて計画ダイヤデータベース３５に格納されている基準運転曲線データの中から計画ダイヤの走行時間と出発駅ＩＤと到着駅ＩＤが一致する基準運転曲線データを検索し、計画ダイヤの出発時刻を経過時間に加え、時刻運転曲線データを算出する（ステップＳ１３）。

ここで駅に当該列車１１が停車している場合には出発時刻の推定値が必要となるが、出発時刻の推定方法としては、例えば、特願２０１４−５０１８３号公報等に開示されている方法により推定を行えばよい。

次に列車走行制御装置１９は、ステップＳ１２で算出した相対速度ＣＶ及び相対距離ＣＸ並びにステップＳ１３で算出した時刻運転曲線データに基づいて速度変更情報を算出する（ステップＳ１４）。

ここで、速度変更情報の算出方法についてより具体的に説明する。
図７は、速度変更情報の算出処理の処理フローチャートである。
列車走行制御装置１９は、まず相対距離ＣＸが閾値距離Ｌよりも大きいか否かを判別する（ステップＳ２１）。
この場合において、閾値距離Ｌは、制御対象の列車１１と先行列車１１Ｐとの間の相対距離ＣＸの許容される下限値を示している。すなわち、制御対象の列車１１に対して閾値距離Ｌより先行列車１１Ｐが離れていれば、列車１１は先行列車１１Ｐに起因する信号制御による制限速度の影響を受けずに走行することが可能な値とされる。

閾値距離Ｌの最も簡単な設定方法としては、列車１１の次到着駅までの距離（残距離）を設定すれば良い。このように設定することにより、残距離（＝閾値距離Ｌ）よりも相対距離ＣＸが大きい場合には、先行列車１１Ｐが次到着駅よりも離れていることを意味するため、先行列車１１Ｐに起因する制限速度を考慮しなくとも、時刻運転曲線データに基づいて走行すればよいからである。

ステップＳ２１の判別において、相対距離ＣＸが閾値距離Ｌよりも大きい場合には（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、列車走行制御装置１９は、時刻運転曲線追従モードに移行し、時刻運転曲線データ並びに制御対象の列車１１の現在時刻における速度及び位置に基づいて、次時刻での速度変更情報を算出する（ステップＳ２２）。

ここで、時刻運転曲線追従モードにおける処理について説明する。
図８は、時刻運転曲線追従モードの処理フローチャートである。
以下の説明においては、時刻運転曲線データにおいて時刻ｔにおける列車の速度ｖ_ｂａｓｅ（ｔ）とし、時刻ｔにおける列車の位置をｘ_ｂａｓｅ（ｔ）とした場合に、制御対象の列車１１の時刻運転曲線データにしたがって走行する仮想的な列車との相対速度ＣＶ１及び相対距離ＣＸ１は、次式により表される。
ＣＶ１＝ｖ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｖ（ｔ）
ＣＸ１＝ｘ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｘ（ｔ）

ここで、相対距離ＣＸ１が正値である場合は、制御対象の列車１１が現在時刻において時刻運転曲線データに対応する走行状態に対して遅延していることを表している。
まず、列車走行制御装置１９は、相対距離ＣＸ１が正値である、すなわち、
ＣＸ１＝ｘ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｘ（ｔ）＞０
であるか否かを判別する（ステップＳ３１）。

ステップＳ３１の判別において、相対距離ＣＸ１が正値である、すなわち、
ＣＸ１＝ｘ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｘ（ｔ）＞０
である場合には（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）、列車走行制御装置１９は、相対速度ＣＶ１が正値である、すなわち、
ＣＶ１＝ｖ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｖ（ｔ）＞０
であるか否かを判別する（ステップＳ３２）。

ステップＳ３２の判別において、相対速度ＣＶ１が正値である、すなわち、
ＣＶ１＝ｖ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｖ（ｔ）＞０
である場合には（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、速度不足ということであるので、加速を行うべく、現在使用しているノッチよりも１段階大きい（高い）ノッチに変更して処理を終了する（ステップＳ３３）。

一方、ステップＳ３２の判別において、相対速度ＣＶ１が零または負値である、すなわち、
ＣＶ１＝ｖ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｖ（ｔ）≦０
である場合には（ステップＳ３２；Ｎｏ）、速度は十分であるので速度を維持すべく、現在使用しているノッチを維持して処理を終了する（ステップＳ３４）。

ステップＳ３１の判別において、相対距離ＣＸ１が零または負値である、すなわち、
ＣＸ１＝ｘ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｘ（ｔ）≦０
である場合には（ステップＳ３１；Ｎｏ）、時刻運転曲線データによる列車１１の走行位置よりも進んで走行しているということであるので、列車走行制御装置１９は、相対速度ＣＶ１が正値である、すなわち、
ＣＶ１＝ｖ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｖ（ｔ）＞０
であるか否かを判別する（ステップＳ３５）。

ステップＳ３５の判別において、相対速度ＣＶ１が正値である、すなわち、
ＣＶ１＝ｖ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｖ（ｔ）＞０
である場合には（ステップＳ３５；Ｙｅｓ）、速度は十分であるので速度を維持すべく、現在使用しているノッチを維持して処理を終了する（ステップＳ３６）。

また、ステップＳ３５の判別において、相対速度ＣＶ１が零または負値である、すなわち、
ＣＶ１＝ｖ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｖ（ｔ）≦０
である場合には（ステップＳ３５；Ｎｏ）、速度超過ということであるので、自然な減速を行うべく、惰行ノッチ（ニュートラルノッチ）に変更して処理を終了する（ステップＳ３６）。

ステップＳ２１の判別において、相対距離ＣＸが閾値距離Ｌ以下である場合には（ステップＳ２１；Ｎｏ）、列車走行制御装置１９は、相対速度ＣＶ１が閾値δ（≧０）を越えているか否かを判別する（ステップＳ２３）。

ここで、閾値δは、相対速度ＣＶ１の限界値（下限値）を表しており、閾値δ＝０であれば、理論的には、先行列車１１Ｐと制御対象の列車１１とは等距離を保つこととなる。また閾値δ＞０であれば、時間経過とともに先行列車１１Ｐと制御対象の列車１１との距離はより大きくなるはずである。

しかしながら、実際には先行列車１１Ｐの速度及び制御対象の列車１１の速度は常時変更されるため、保安上のマージンを確保し、先行列車１１Ｐと制御対象の列車１１とが必要以上に近づくのを防止するため、０より大きな所定の値（正の値）を設定しておくのが好ましい。

ステップＳ２３の判別において、相対速度ＣＶ１が閾値δを越えている場合には（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、列車走行制御装置１９は、時刻運転曲線追従モードに移行し、時刻運転曲線データ並びに制御対象の列車１１の現在時刻における速度及び位置に基づいて、上述した手順により次時刻での速度変更情報を算出する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２３の判別において、相対速度ＣＶ１が閾値δ以下である場合には（ステップＳ２３；Ｎｏ）、列車走行制御装置１９は、制御対象の列車１１が駅間で停止してしまうのを回避する駅間停止回避モードに移行する（ステップＳ２４）。

図９は、駅間停止回避モードの処理フローチャートである。
まず、列車走行制御装置１９は、制御対象の列車１１の現在時刻tにおける速度ｖ（ｔ）および位置ｘ（ｔ）に基づいて、当該列車１１を停止するのに必要な制動距離Ｌ_ｌｉｍ及び制動時間Ｔ_ｌｉｍを算出する（ステップＳ４１）。
この場合において、降雨等によるスリップや、乗車率に起因する慣性質量の増加等を考慮するようにすることも可能である。

続いて、列車走行制御装置１９は、時刻ｔにおける制動距離Ｌ_ｌｉｍが時刻ｔ１における相対距離ＣＸ１未満であるか否か、すなわち、
Ｌ_ｌｉｍ＜ＣＸ１＝ｘ_ｂａｓｅ（ｔ）−ｘ（ｔ）
であるか否かを判別する（ステップＳ４２）。

ステップＳ４２の判別において、時刻ｔにおける制動距離Ｌ_ｌｉｍが時刻ｔ１における相対距離ＣＸ１未満である場合には（ステップＳ４２；Ｙｅｓ）、列車１１は、時刻ｔにおいてブレーキをかければ、先行列車１１Ｐが停止したとしても追突することなく停車できるので、自然な減速を行うべく、惰行ノッチ（ニュートラルノッチ）に変更して処理を終了する（ステップＳ４３）。

ステップＳ４２の判別において、時刻ｔにおける制動距離Ｌ_ｌｉｍが時刻ｔ１における相対距離ＣＸ１以上である場合には（ステップＳ４２；Ｎｏ）、そのままの状態では、列車１１は時刻ｔにおいてブレーキをかけても、先行列車１１Ｐが停止した場合には追突する虞があるので、列車走行制御装置１９は、制御対象の列車１１の現在時刻ｔにおける速度ｖ（ｔ）および位置ｘ（ｔ）に基づいて最大ブレーキノッチを使用した場合に、制御対象の列車１１の速度が、現在時刻ｔにおける先行列車１１Ｐの速度ｖ_ｐｒｅｖ（ｔ）と同一の速度となるまでの距離Ｌ_ｌｉｍ２および時間Ｔ_ｌｉｍ２を算出する（ステップＳ４４）。

この場合において、制御対象の列車１１の速度が、現在時刻ｔにおける先行列車１１Ｐの速度ｖ_ｐｒｅｖ（ｔ）と同一の速度となるようにするのは、同一速度となれば、制御対象の列車１１と先行列車１１Ｐとの距離は一定に保たれるからである。

続いて、列車走行制御装置１９は、現在時刻ｔに制御対象の列車１１の速度が現在時刻ｔにおける先行列車１１Ｐの速度ｖ_ｐｒｅｖ（ｔ）と同一の速度となるまでの時間Ｔ_ｌｉｍ２を加えた時刻までは、最大ブレーキノッチを使用し、その後は、自然な減速を行うべく惰行ノッチ（ニュートラルノッチ）に変更するように制御を行い、処理を終了する（ステップＳ４５）。

これらの結果、列車走行制御装置１９は、ステップＳ１４において算出した速度変更情報を地上送受信装置１８を介して列車１１の車上送受信装置に送信し、運転支援装置２２の表示装置の表示画面には、車上送受信装置２１を介して受信した速度変更情報に基づいて運転支援情報画面が表示される（ステップＳ１５）。

図１０は、運転支援情報画面の一例の説明図である。
図１０に示すように、運転支援情報画面ＧＩには、現在のノッチ（図１０の例の場合、ノッチＰ５［＝力行第５ノッチ］）、ノッチ変更指示（図１０の例の場合、ニュートラルノッチＮへの変更指示）、到着駅までの距離（図１０の例の場合、２５００ｍ）及び先行列車１１Ｐまでの距離（図１０の例の場合、２７００ｍ）が表示されている。

このように本第１実施形態によれば、運転支援情報画面ＧＩに駅間停止によるエネルギー効率の低下を防止しつつ列車１１を走行させるための情報が表示されるので、定時性を確保しつつ、省エネ運転を確実に行わせることができる。

［２］第２実施形態
上記第１実施形態は、制御対象の列車１１及び先行列車１１Ｐの速度及び位置が確実に計測される前提で処理を行っていたが、例えば、上述したように速度計測及び位置計測の手段としてＧＰＳを用いるとトンネルや高層ビル間などの電波が届きにくい地点では、速度あるいは位置を計測できず、地上側に送信できないことが考えられる。

そこで、本第２実施形態は、一時的に速度あるいは位置が計測できなかった場合でも、直前に計測した速度及び位置を用いて推定することにより、速度あるいは位置が計測できない場合でも正しい制御を行えるようにした実施形態である。

さて、速度あるいは位置が計測できない態様としては、以下の三通りの場合が挙げられる。
（１）速度は計測できたが、位置が計測できていない場合。
（２）位置は計測できたが、速度が計測できていない場合。
（３）速度及び位置が計測できていない場合。

図１１は、位置計測ができなかった場合のデータ取得例の説明図である。
図１１に示す場合は、８時０分４０秒時点での位置が計測できなかった場合のものである。
このような場合には、例えば、直前の８時０分３０秒時点での速度（＝３０ｍ／ｓｅｃ）及び８時０分４０秒時点での速度（＝３０ｍ／ｓｅｃ）に基づいて、８時０分３０秒時点から８時０分４０秒時点の速度を平均速度＝３０ｍ／ｓｅｃである等加速度運動を仮定して、８時０分４０秒時点の位置を推定（算出）する。

具体的には、８時０分３０秒時点の位置＝４５０ｍであるので、８時０分４０秒時点の位置の推定値＝４５０＋３０×１０＋｛（１／２）×（３０−３０）×１０^２｝
＝７５０（ｍ）
となる。

図１２は、速度計測ができなかった場合のデータ取得例の説明図である。
図１２に示す場合は、８時０分４０秒時点での速度が計測できなかった場合のものである。
この場合には、位置計測が行えなかった場合と同様に等加速度運動を仮定して、８時０分４０秒時点での速度を算出する。

具体的には、８時０分４０秒時点での速度の推定値をＶｘとした場合に、
７５０＝４５０＋３０×１０＋｛（１／２）×（Ｖｘ−３０）×１０^２｝
の方程式を解き、Ｖｘ＝３０（ｍ／ｓｅｃ）を算出する。

図１３は、位置計測及び速度計測ができなかった場合のデータ取得例の説明図である。
図１３に示す場合は、８時０分４０秒時点での位置及び速度が計測できなかった場合のものである。
この場合には、例えば、直近の８時０分２０秒時点と８時０分３０秒時点の速度から加速度を算出し、算出した加速度で８時０分３０秒から８時０分４０秒まで走行したものと仮定して、速度と位置を算出する。

具体的には、８時０分４０秒時点での速度の推定値Ｖｘ１は次式で表される。
Ｖｘ１＝３０＋（３０−２０）／１０×１０
＝４０（ｍ／ｓｅｃ）
８時０分４０秒時点での位置の推定値Ｘｘ１は次式で表される。
Ｘｘ１＝４５０＋３０×１０＋｛（１／２）×（４０−３０）×１０^２｝
＝１２５０（ｍ）
となる。

また、第１実施形態においてはすべての列車にＧＰＳを搭載して、現在時刻に対する速度・位置を計測できることを前提としていたが、ＧＰＳを搭載していない列車では、速度・位置の情報を計測することができない。そこで現在時刻における速度・位置を計測できない列車は予測ダイヤによって駅間の走行を推定する。
ここで、予測ダイヤは、例えば、軌道回路を用いた情報により特開２０１４−４３１４１などの公知技術を用いて推定する。すなわち、ＧＰＳを搭載していない列車の各駅での出発時刻、到着時刻を推定し、その時刻差分から走行時間を計算し、その走行時間の時刻運転曲線を算出して、速度情報及び位置情報の代用とする。

［３］実施形態の効果
次に実施形態の効果について説明する。
図１４は、従来の走行状態の説明図である。
図１４においては、先行列車１１Ｐの設計運転曲線（設計ダイヤ）ＤＰＰ、先行列車１１Ｐの実績運転曲線（実績ダイヤ）ＤＲＰ及び列車１１の設計運転曲線（設計ダイヤ）ＤＰを図示している。
従来においては、先行列車１１Ｐが遅延している場合に当該状況を考慮せずに走行することとなり、図１４に示すように、先行列車１１Ｐの実績運転曲線（実績ダイヤ）ＤＲＰと列車１１の設計運転曲線（設計ダイヤ）ＤＰが時刻ＴＸにおいて交差する（＝列車１１が先行列車１１Ｐに追いつく）こととなり、実際には運行不能となるため、先行列車１１Ｐが当該列車１１の到着駅である次駅を出発するのを待つ必要があり、列車１１は、次駅の手前で停車して待機することとなっていた。

そして先行列車１１Ｐが駅を出発して閉塞解除となると、次駅に進入可能となるため、再度力行して次駅に到着することとなる。
この場合において、再度の力行は、列車１１が停車しなければ必要がなかったものであり、無駄にエネルギーを消費することとなっていた。

図１５は、実施形態の走行状態の説明図である。
図１５においては、先行列車１１Ｐの設計運転曲線（設計ダイヤ）ＤＰＰ、先行列車１１Ｐの実績運転曲線（実績ダイヤ）ＤＲＰ、列車１１の設計運転曲線（設計ダイヤ）ＤＰ、列車１１の実績運転曲線（実績ダイヤ）ＤＲ及び低速運転制御時の列車１１の実績運転曲線（実績ダイヤ）ＤＲＣを図示している。
そして、本実施形態によれば、図１５に示すように、列車１１は、前駅を出発する段階で、先行列車１１Ｐが次駅に停車していることを検知しているため、当該列車１１の速度を駅間で停車しないように計画ダイヤの速度よりも低い速度で走行することとなる。
具体的には、先行列車１１Ｐの実績運転曲線（実績ダイヤ）ＤＲＰと列車１１の設計運転曲線（設計ダイヤ）ＤＰが時刻ＴＸにおいて交差することなく、列車１１の実績運転曲線（実績ダイヤ）ＤＲに低速運転制御時の列車１１の実績運転曲線（実績ダイヤ）ＤＲＣをスムーズに接続して、駅間停車をなくした運転曲線で運行を行える。
したがって、平均速度が低く、かつ、駅間停車後の再度の力行も必要なくなるため、消費エネルギーを大幅に低減できる。

本実施形態の列車走行制御装置は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

本実施形態の列車走行制御装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施形態の列車走行制御装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の列車走行制御装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

また、本実施形態の列車走行制御装置のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００ 列車運行システム
１０１ 運行管理システム
１１ 列車
１１Ｐ 先行列車
１２ 架線
１３ 線路
１４ 変電所
１５ 軌道回路
１６ 伝送路
１７ 運行管理装置
１８ 地上送受信装置
１９ 列車走行制御装置
２１ 車上送受信装置
２２ 運転支援装置
３１ 相対速度・相対距離算出部
３２ 時刻運転曲線作成部
３３ 速度変更算出部
３４ 運行実績データベース
３５ 計画ダイヤデータベース
３７ 運転曲線データベース
ＣＶ、ＣＶ１ 相対速度
ＣＸ、ＣＸ１ 相対距離
ＧＩ 運転支援情報画面
Ｌ 閾値距離
Ｌｌｉｍ 制動距離
Ｔｌｉｍ 制動時間
Ｖｘ 推定値
Ｘｘ 推定値

Claims (7)

1. 予め所定の駅間の基準運転曲線データを格納した運転曲線データベースと、
   前記基準運転曲線データに基づいて列車の計画運転曲線を作成する運転曲線作成部と、
   前記計画運転曲線に基づいて、制御対象列車が当該制御対象列車に先行して運行される先行列車の走行状態に起因して当該制御対象列車が現在駅から次の停車駅に至る駅間で停車する虞が生じた場合に、前記駅間での停車を回避するために前記制御対象列車の速度を、前記計画運転曲線で設定される速度より低速側に設定する速度変更設定部と、
   を備えた列車走行制御装置。
2. 前記駅間で停車する虞が生じた場合とは、前記運転曲線データベースを参照して得られた前記制御対象列車の計画運転曲線及び前記先行列車の計画運転曲線が、前記停車駅あるいは前記駅間で交差することとなる場合である、
   請求項１に記載の列車走行制御装置。
3. 前記速度変更設定部は、前記制御対象列車の運転曲線、前記制御対象列車の現在速度、現在位置、前記先行列車との相対速度および相対位置に基づいて前記制御対象列車の速度を設定する、
   請求項１又は請求項２に記載の列車走行制御装置。
4. 前記制御対象列車及び前記先行列車は、それぞれ自列車の速度及び位置を計測する測位装置を備え、
   前記速度変更設定部は、前記測位装置から列車の速度及び位置を取得し、前記先行列車との相対速度および相対位置を算出して前記制御対象列車の速度を設定する、
   請求項３記載の列車走行制御装置。
5. 前記速度変更設定部は、前記制御対象列車の速度を設定するに際し、前記制御対象列車と前記先行列車との距離が前記制御対象列車の制動距離よりも長くなるように設定する、
   請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の列車走行制御装置。
6. 列車と伝送路を介して通信可能に接続され、前記列車の走行制御を行う列車走行制御装置で実行される方法であって、
   所定の駅間の基準運転曲線データに基づいて列車の計画運転曲線を作成する過程と、
   前記計画運転曲線に基づいて、制御対象列車が当該制御対象列車に先行して運行される先行列車の走行状態に起因して当該制御対象列車が現在駅から次の停車駅に至る駅間で停車する虞が生じた場合に、前記駅間での停車を回避するために前記制御対象列車の速度を、前記計画運転曲線で設定される速度より低速側に設定する過程と、
   を備えた方法。
7. 列車と伝送路を介して通信可能に接続され、前記列車の走行制御を行う列車走行制御装置をコンピュータにより制御するためのプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   予め所定の駅間の基準運転曲線データを格納した運転曲線データ記憶手段と、
   前記基準運転曲線データに基づいて列車の計画運転曲線を作成する運転曲線作成手段と、
   前記計画運転曲線に基づいて、制御対象列車が当該制御対象列車に先行して運行される先行列車の走行状態に起因して当該制御対象列車が現在駅から次の停車駅に至る駅間で停車する虞が生じた場合に、前記駅間での停車を回避するために前記制御対象列車の速度を、前記計画運転曲線で設定される速度より低速側に設定する速度変更設定手段と、
   して機能させるプログラム。

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