特開 2023-142172 運行計画割当装置、及び運行計画割当方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142172

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】運行計画割当装置、及び運行計画割当方法

(51)【国際特許分類】

   B61L 27/12 20220101AFI20230928BHJP

   B61L 23/14 20060101ALI20230928BHJP

   B61L 23/00 20060101ALI20230928BHJP

   B61L 27/18 20220101ALI20230928BHJP

   G06Q 50/30 20120101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

B61L27/12

B61L23/14 Z

B61L23/00 A

B61L27/18

G06Q50/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022048912

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小田 篤史

【テーマコード（参考）】

5H161

5L049

【Ｆターム（参考）】

5H161AA01

5H161BB02

5H161BB06

5H161BB17

5H161BB20

5H161CC02

5H161CC05

5H161DD20

5H161DD22

5H161EE04

5H161EE07

5H161FF07

5H161GG02

5H161JJ01

5H161JJ22

5H161JJ31

5H161MM05

5H161MM12

5H161NN10

5H161NN12

5H161QQ03

5L049CC42

(57)【要約】

【課題】有人運転の区間と無人運転の区間とをリスクに応じて割り当てることは行われておらず、安全性や運用性を向上させることができない。
【解決手段】軌道上を走行する列車に監視要員を乗務させて前方の監視を行う有人運転の区間と、前記監視要員による監視を行わない無人運転の区間とを、前記列車の運行計画に割り当てる運行計画割当装置であって、前記運行計画における前記列車の通過後に所定の値に設定され、前記列車が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を算出し、前記リスク値が所定の閾値以下となるように、前記有人運転の区間と前記無人運転の区間とを前記運行計画に割り当てる運行計画割当装置。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軌道上を走行する列車に監視要員を乗務させて前方の監視を行う有人運転の区間と、前記監視要員による監視を行わない無人運転の区間とを、前記列車の運行計画に割り当てる運行計画割当装置であって、
前記運行計画における前記列車の通過後に所定の値に設定され、前記列車が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を算出し、前記リスク値が所定の閾値以下となるように、前記有人運転の区間と前記無人運転の区間とを前記運行計画に割り当てる運行計画割当装置。

【請求項2】

請求項１に記載の運行計画割当装置において、
前記リスク値は経年劣化に基づくリスク値と監視時期に基づくリスク値の少なくとも一つを含む運行計画割当装置。

【請求項3】

請求項２に記載の運行計画割当装置において、
前記経年劣化に基づくリスク値には、枕木異常、レール歪み、沿線植生の走行領域への侵入、沿線構造物の走行領域への侵入のうち少なくとも一つを含む運行計画割当装置。

【請求項4】

請求項２に記載の運行計画割当装置において、
前記監視時期に基づくリスク値には、信号の玉切れ、土砂崩れ、火災・ぼや、軌道内への車や人の侵入、飛来物、作業工具の置き忘れ、穴あきのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする運行計画割当装置。

【請求項5】

請求項１に記載の運行計画割当装置において、
前記運行計画の始発列車に係る区間には、前記有人運転の区間を割り当てる運行計画割当装置。

【請求項6】

請求項１に記載の運行計画割当装置において、
前記リスク値が前記閾値を超えるリスク超過予測時刻を算出し、前記運行計画において前記リスク超過予測時刻の直前に前記列車が走行する予定の区間には、前記有人運転の区間を割り当てる運行計画割当装置。

【請求項7】

請求項６に記載の運行計画割当装置において、
前記有人運転の区間には、前記列車がそれぞれ走行可能な複数の路線が含まれ、
前記複数の路線のうちいずれかの路線を前記列車が走行したときに前記監視要員が他の路線を監視可能な場合は、前記複数の路線の前記リスク超過予測時刻を同一の値に設定し、
前記複数の路線のうちいずれかの路線を前記列車が走行したときに前記監視要員が他の路線を監視できない場合は、前記複数の路線の前記リスク超過予測時刻を別々の値に設定する運行計画割当装置。

【請求項8】

請求項１に記載の運行計画割当装置において、
前記運行計画のうち前記有人運転の区間が割り当てられた数に基づいて、前記有人運転に係るコスト値を算出する運行計画割当装置。

【請求項9】

請求項１に記載の運行計画割当装置において、
前記運行計画のうち前記有人運転の区間が割り当てられた運行時間に基づいて、前記有人運転に係るコスト値を算出する運行計画割当装置。

【請求項10】

請求項８または請求項９に記載の運行計画割当装置において、
一日の最初の運用から最後の運用まで、前記リスク値が前記閾値を下回っている割当計画を抽出し、この割当計画のなかで前記コスト値が低い割当計画を最終的な運行計画とする運行計画割当装置。

【請求項11】

軌道上を走行する列車に監視要員を乗務させて前方の監視を行う有人運転の区間と、前記監視要員による監視を行わない無人運転の区間とを、前記列車の運行計画に割り当てる運行計画割当方法であって、
前記運行計画における前記列車の通過後に所定の値に設定され、前記列車が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を、コンピュータにより算出し、
前記コンピュータにより、前記リスク値が閾値以下となるように前記有人運転の区間と前記無人運転の区間とを前記運行計画に割り当てる運行計画割当方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、運行計画割当装置、及び運行計画割当方法に関する。

【背景技術】

【0002】

軌道上を走行する列車の軌道輸送システムでは、運転士や添乗員等の高齢化に伴う人材不足への懸念や運用コストの低減の必要性などの理由により、列車の運転を無人で行う研究が行われている。無人運転では、例えば、軌道上に障害物があった場合、操舵による回避が出来ないことから、軌道上の障害物を検知することは、軌道輸送システムの安全性や運用性を向上させるために重要である。無人運転を行うには、経路上の障害物を自動で検知する仕組みが必要となり、ミリ波レーダー、レーザーレーダー、カメラなど外界センサを用いる方法が検討されている。検知可能な異常事象を広げ、冗長性を持たせるために異なる種類の外界センサを使用し、各外界センサの結果を統合して物体を検知するのが一般的である。しかしながら全ての異常事象を外界センサで検知することは技術的に難しく、潜在的なリスクを推定し、無人運転と有人運転とをリスクに応じて対応することが現実的には重要となる。

【0003】

特許文献１には、センサによる監視動作が最後に行われてからの経過時間とセンサによる監視動作による障害物の有無の検知結果とに基づいて、複数段階に規定されたリスクレートのうちから所定地点において障害物が存在することの危険度合いを評価してリスクレートを決定し、リスクレートに応じて、目標速度を決定する車両制御システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－２１４０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、有人運転の区間と無人運転の区間とをリスクに応じて割り当てることは開示がなく、安全性や運用性を向上させることができない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による運行計画割当装置は、軌道上を走行する列車に監視要員を乗務させて前方の監視を行う有人運転の区間と、前記監視要員による監視を行わない無人運転の区間とを、前記列車の運行計画に割り当てる運行計画割当装置であって、前記運行計画における前記列車の通過後に所定の値に設定され、前記列車が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を算出し、前記リスク値が所定の閾値以下となるように、前記有人運転の区間と前記無人運転の区間とを前記運行計画に割り当てる。
本発明による運行計画割当方法は、軌道上を走行する列車に監視要員を乗務させて前方の監視を行う有人運転の区間と、前記監視要員による監視を行わない無人運転の区間とを、前記列車の運行計画に割り当てる運行計画割当方法であって、前記運行計画における前記列車の通過後に所定の値に設定され、前記列車が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を、コンピュータにより算出し、前記コンピュータにより、前記リスク値が閾値以下となるように前記有人運転の区間と前記無人運転の区間とを前記運行計画に割り当てる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、有人運転の区間と無人運転の区間とをリスクに応じて割り当て、安全性や運用性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る運行計画割当装置を含む軌道輸送システムの構成を示す図である。

【図2】リスク値の時間推移を表したグラフである。

【図3】有人運転や無人運転を行った場合のリスク関数の挙動例を説明する図である。

【図4】運行計画のデータフォーマットの例を示す図である。

【図5】第１の実施形態における運行計画割当装置によって実行される処理を示すフローチャートである。

【図6】運行計画割当装置による割当計画の作成を説明する図である。

【図7】運行計画割当装置によるコスト値の算出を説明する図である。

【図8】最終的な運行計画のデータフォーマットの例を示す図である。

【図9】運行計画割当装置による割当計画の作成を説明する図である。

【図10】運行計画割当装置による複線路線における割当計画の作成を説明する図である。

【図11】本発明の第２の実施形態に係る運行計画割当装置を含む軌道輸送システムの構成を示す図である。

【図12】第２の実施形態における運行計画割当装置によって実行される処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

【0010】

また、以下の説明では、プログラムを実行して行う処理として、運行計画割当装置１２０、２２０によって実行される処理を示すフローチャートを説明するが、プログラムは、プロセッサ（例えばＣＰＵ、ＧＰＵ）によって実行されることで、定められた処理を、適宜に記憶資源（例えばメモリ）および／またはインターフェースデバイス（例えば通信ポート）等を用いながら行うため、処理の主体がプロセッサとされてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であれば良く、特定の処理を行う専用回路（例えばＦＰＧＡやＡＳＩＣ）を含んでいてもよい。

【0011】

プログラムは、プログラムソースから計算機のような装置にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読み取り可能な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、以下の説明において、２以上のプログラムが１つのプログラムとして実現されてもよいし、１つのプログラムが２以上のプログラムとして実現されてもよい。

【0012】

［第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る運行計画割当装置１２０を含む軌道輸送システム１０００の構成を示す図である。
軌道輸送システム１０００は、運行管理装置１１０、運行計画割当装置１２０、列車１００を備えて構成される。運行管理装置１１０、運行計画割当装置１２０、列車１００は、無線もしくは有線により相互に情報を送受信する。

【0013】

列車１００は、外界センサ１０１、障害物検知部１０２、車両制御装置１０３を備え、軌道１０を走行する。列車１００がある駅（通常は路線の始発駅）からある駅（例えば、路線の終着駅）まで走行することを運用と呼ぶ。列車１００は、先頭車両に監視要員を乗務させて前方の監視を行う有人運転の区間と監視要員による監視を行わない無人運転の区間とを走行する。監視要員とは、例えば、運転士や添乗員である。本実施形態における軌道輸送システム１０００では、後述の運行計画に従い列車１００は自動的に出発・停止を行い、無人運転での運行が可能である。詳細は後述するが、リスク値が閾値以下かつ運用コストが最小となる運行計画に基づいて無人運転もしくは有人運転で運行する。なお、列車１００の前方を適切に監視できれば、監視要員は必ずしも先頭車両に乗務する必要はない。例えば、先頭車両に設置されたカメラにより列車１００の前方を撮影し、その撮影画像を監視要員が列車１００内の所定の場所において監視することで、有人運転を行うことも可能である。

【0014】

外界センサ１０１は、列車の周囲（特に前方）の状態を検知し、検知したデータを障害物検知部１０２に送信する。外界センサ１０１は、例えば、カメラ、LIDAR（Light Detection and Ranging）、ミリ波レーダーなどである。カメラは、単眼カメラ、ステレオカメラ、赤外線カメラなどである。外界センサ１０１は、冗長化のために複数搭載してもよい。

【0015】

障害物検知部１０２は、外界センサ１０１から検知したデータを用いて列車の前方の状況を検知する。物体の検知処理は、自動車分野で使用されている技術が使用可能である。例えば、ステレオカメラを用いて視差画像を作成し、視差画像から前方の物体の形状や位置を検知する。また、単眼画像からDNN（Deep Neural Network）を使用して画像上の物体を検知したり、LIDARの点群データから物体を検知してもよい。DNNとは、機械学習に用いられる手法の１つであり、対象物の特徴を抽出して学習することで、様々な対象物を検知し、検知精度を向上させる。本実施形態では、物体を検知できればよく、その手法は問わない。

【0016】

障害物検知部１０２は、物体の検知結果のうち自列車が走行する可能性のある領域である走行領域内に物体の検知結果が存在するか否かを判定する。走行領域内に存在すると判定された物体の検知結果を障害物として認識する。障害物と認識された物体に対して現在の車両速度から停止可能かを判定し、ブレーキを動作すべきか否かを判断する。この判断結果をもとに車両制御装置１０３にブレーキ動作依頼を出力する。本実施形態では、障害物の検知結果のフォーマット等や障害物認識結果の利用方法等は問わない。

【0017】

車両制御装置１０３は車両の加速や減速を制御する装置である。車両制御装置１０３は障害物検知部１０２からブレーキ出力依頼を受信すると車両内のブレーキ装置（図示せず）にブレーキ指令を出力する。本実施形態ではブレーキ指令を車両制御装置１０３が行う構成で説明するが、障害物の検知結果を受けて列車１００がブレーキ動作に入れればよく、その手段は問わない。例えば列車１００同士の衝突などを防止するために搭載されている保安装置（図示せず）が障害物検知部１０２からのブレーキ出力依頼を受けてブレーキ指令を出力してもよい。また、HMI（Human Machine Interface）（図示せず）を介して監視要員が障害物検知部１０２からのブレーキ出力依頼を確認して、手動操作によりブレーキ指令を出力してもよい。

【0018】

運行管理装置１１０は、列車１００の運行計画を管理する装置である。運行計画は、運用ごとの各駅の出発時刻、到着時刻等が定義されている。一般的に運行計画は１年単位や季節ごとに改定されることが多い。しかしながら日々の運用では事故や気象条件により運行計画が乱れることがある。その場合は、どの列車１００をどの駅で折り返すかを決定したり、列車１００の運用自体を取りやめたりといった運行計画の修正が行われる。運行計画の修正は人手で行われることが多いが、システムで自動的に修正してもよい。

【0019】

運行計画は、当初は、運用ごとの各駅の出発時刻、到着時刻が定義されている。この当初の運行計画は、運行計画割当装置１２０へ提供され、運行計画割当装置１２０は、詳細は後述するが、有人運転の区間と無人運転の区間とが割り当てられた運行計画を作成する。区間とは、ある駅とある駅との間である。

【0020】

運行管理装置１１０は、運行計画割当装置１２０で作成された運行計画に基づいて軌道輸送システム１０００の運行を管理する。具体的には、運行計画に基づいて、無人運転に割り当てられた区間を無人運転で列車１００を走行させ、有人運転に割り当てられた区間を有人運転で走行させる。

【0021】

運行計画割当装置１２０は、運行計画を参照して、運行計画における列車１００の通過後に所定の値に設定され、列車１００が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を算出し、リスク値が閾値以下となるように有人運転の区間と無人運転の区間とを運行計画に割り当てる。具体的には、運行管理装置１１０から当初の運行計画を取得し、取得した当初の運行計画に基づいてどの列車１００のどの区間で無人運転を行うかを割り当てて割当計画を作成する。作成した割当計画ごとに後述の手法で算出されるリスク値と、後述の手法で算出される運用コストを求める。そして、割当計画ごとに算出されたリスク値とコスト値を評価し、リスク値があらかじめ定義されている閾値以下かつコスト値が小さい割当計画を最終的な運行計画として決定する。決定した運行計画を運行管理装置１１０に送信する。本実施形態では当初の運行計画を運行管理装置１１０より取得する例で説明するが、当初の運行計画はその他の装置より取得できればよく、取得手法や取得間隔は問わない。

【0022】

次に、運行計画割当装置１２０により算出されるリスク値について説明する。本実施形態の運行計画割当装置１２０では、以下の２種類のリスク値を想定する。
ａ：経年劣化に基づくリスク値
ｂ：監視時期に基づくリスク値
ａの経年劣化に基づくリスク値としては、枕木の異常、レールの歪み、沿線植生の走行領域への侵入、電柱などの沿線構造物の走行領域への侵入などがある。ｂの監視時期に基づくリスク値としては、信号機の玉切れ、土砂崩れによる土砂の走行領域内への流入、火災やぼや、走行領域内への車や人・飛来物の進入、作業工具の置き忘れ、置き石、穴あきなどがある。

【0023】

図２は、リスク値の時間推移を表したグラフである。横軸に時間を、縦軸にリスク値を示す。ａの経年劣化に基づくリスク値２０１もｂの監視時期に基づくリスク値２０２も時間経過とともに単調増加する関数を想定する。ａの経年劣化に基づくリスク値２０１とｂの監視時期に基づくリスク値２０２を足し合わせたリスク値が総リスク値２０３となる。なお、図２においてリスク値２０２を表す点線は、リスク値２０１を表す一点鎖線を基準にしてリスク値２０１に積層して図示している。運行計画割当装置１２０は、一般的にａの経年劣化に基づくリスク値２０１はリスク値の進行度合いが遅いため、リスク関数の傾きはかなり小さく定義するか、もしくは単調増加ではなく固定値としてもよい。一方、ｂの監視時期に基づくリスク値２０２については、突発的に発生する要因も含むため、リスク関数の傾きは大きめの値として定義する。総リスク値２０３があらかじめ定義した閾値２０４を超えない範囲で無人運転を行う。

【0024】

ｂの監視時期に基づくリスク値のリスク関数の傾きは、気象条件（風速、雨量など）によって変更するようにしてもよい。例えば、台風などで雨量が増加している場合は土砂災害の可能性が高まっていると考えられる。そのため、運行計画割当装置１２０は外部システム（図示せず）から気象条件を取得し、気象条件からリスク関数の傾きを動的に変更するようにしてもよい。

【0025】

図３は、有人運転や無人運転を行った場合のリスク関数の挙動例を説明する図である。横軸に時間を、縦軸にリスク値を示す。有人運転３０１による列車１００がＢ駅に到着し、その後、無人運転３０２による列車１００がＢ駅に到着し、さらに、その後、有人運転３０３による列車１００がＢ駅に到着した例を示す。

【0026】

運行計画割当装置１２０は、有人運転３０１が行われるとａの経年劣化に基づくリスク値３１１とｂの監視時期に基づくリスク値３１２の両方のリスク値を所定値、例えば“０”に設定し、総リスク値３１３も所定値、例えば“０”に設定する。これは有人運転時に監視要員が車両前方の環境を監視することにより列車１００の走行に対するリスク値がないことが確認できたためである。運行計画割当装置１２０は、このように、運行計画における列車１００の通過後に所定の値に設定し、列車１００が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を算出する。

【0027】

次に、無人運転３０２が行われると、ａの経年劣化に基づくリスク値３１１とｂの監視時期に基づくリスク値３１２のうち、ｂの監視時期に基づくリスク値３１２を所定値、例えば“０”に設定する。運行計画割当装置１２０は、このように、運行計画における列車１００の通過後に所定の値に設定し、列車１００が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を算出する。

【0028】

一方、ａの経年劣化に基づくリスク値３１１の値は引き継がれる。ａの経年劣化に基づくリスク値のうち枕木の異常やレールの歪みは専用のセンサを列車１００に搭載すればセンサによる異常検知が可能と考えられるが、このような専用のセンサ装置をすべての列車１００に搭載することは現実的ではなく、また前方の外界環境を監視する目的で搭載されるセンサでは異常検知が難しい事象であるため、本実施形態では無人運転の走行によって低下するリスク値には含めないこととする。

【0029】

同様にａの経年劣化に基づくリスク値のうち、沿線植生の走行領域への侵入、沿線構造物（電柱など）の走行領域への侵入についても、変化が非常に緩やかであり前方の外界環境の監視する目的で搭載されるセンサでは異常検知が難しい事象であるため、本実施形態では無人運転の走行によって低下するリスク値には含めないこととする。再度有人運転３０３が行われるとａの経年劣化に基づくリスク値３１１とｂの監視時期に基づくリスク値３１２の両方のリスク値を“０”に設定し、総リスク値３１３も“０”となる。

【0030】

なお、想定するリスク値としてａの経年劣化に基づくリスク値とｂの監視時期に基づくリスク値に分類したが、以下の少なくとも２種類のリスク値に分類するようにしてもよい。
ｃ：外界センサで検知不可能なリスク値
ｄ：外界センサで検知可能なリスク値および
列車１００の走行により安全が確保されたと見なせるリスク値

【0031】

この場合、有人運転によってｃの外界センサで検知不可能なリスク値とｄの外界センサで検知可能なリスク値および列車１００の走行により安全が確保されたと見なせるリスク値の両方を“０”に設定し、無人運転ではｄの外界センサで検知可能なリスク値および列車１００の走行により安全が確保されたと見なせるリスク値のみを“０”に設定する。

【0032】

また、想定するリスク値として主に列車１００の外界環境のリスク値について定義したが、走行に影響を与える列車１００の故障リスク値についても定義するようにしてもよい。例えば、監視要員は異音や異常振動、焦げ臭いなどの異臭により列車１００の異常を検知しているケースがある。そのため、列車１００の故障リスク値のリスク関数を定義し、総リスク算出時に考慮するようにしてもよい。このようにすることで外界環境だけでなく、列車１００の故障による運用停止リスクを低減することが可能となる。

【0033】

リスク値のリスク関数として時間経過とともに単調増加する関数を例に説明したが、異なる形態のリスク関数を用いてもよい。例えば、ｂの監視時期に基づくリスク値については突発的な要因も含むため、単調増加の一次関数以外の関数を定義してもよい。例えば、人流や交通流予測に基づき混雑が予想される時間帯のリスク値を一時的に上昇させるような関数を定義してもよい。また、時間のみに依存したリスク関数ではなく、位置に依存したリスク関数を定義してもよい。例えば、踏切や切通し区間などの場所としてのリスク値が高い位置については、その位置だけリスク値を高めに設定したリスク関数でもよい。また、想定するリスク値として２種類の構成で説明したが、想定するリスク値は１種類の構成でもよく、３種類以上の構成でもよい。

【0034】

ｄの外界センサで検知可能なリスク値のリスク関数は列車１００に搭載されるセンサの性能に応じて傾きを変更してもよい。例えば、センサ分解度が高いセンサを用いた場合はより小さな物体や、より小さな異常も検知できていると想定されるため、リスク関数の傾きを小さくする。要は列車１００に搭載されたセンサ構成や経過時間に基づいたリスク値が定義できればよく、本実施形態ではリスク関数の関数式の種類は問わない。

【0035】

図４は、運行計画のデータフォーマットの例を示す図である。運用ごとに番号（１，３，…）が付与されており、それぞれの運用ごとの各駅の出発時刻・到着時刻が記録されている。図４の例ではＡ駅からＤ駅方向の運行計画を示しており、同様のフォーマットでＤ駅からＡ駅の運行計画も存在するが、その図示を省略する。

【0036】

図５は、運行計画割当装置１２０によって実行される処理を示すフローチャートである。
ステップ５０１では、運行計画割当装置１２０は、運行管理装置１１０から運行計画を取得する。取得するタイミングは、例えばダイヤ改正時など運行計画が変更された場合や事故などでダイヤ乱れが発生し、ダイヤが修正された場合である。運行計画は、図４に示すように、運用ごとの各駅の出発時刻・到着時刻が定義されている。次に、ステップ５０２に進む。

【0037】

ステップ５０２では、運行計画割当装置１２０は、運行計画をもとにどの運用のどの区間を有人運転で運行するかを設定した割当計画を作成する。図６は、運行計画割当装置１２０による割当計画の作成を説明する図である。横軸に時間を、縦軸に駅の位置を示す。そして、有人運転を実線で、無人運転を点線で示す。初めに一日の運用のうち最初の運用６１０の始発列車に係る区間は、有人運転の区間に割り当てる。これは、一日の最初には路線の全区間で総リスク値が“０”であることを意味する。

【0038】

最初の運用６１０以外では、例えば、リスク超過予測時刻の直前に走行予定の区間を有人運転に割り当る、もしくは、ランダムに任意の区間を有人運転に割り当る。このように、運行計画割当装置１２０は、所定の区間を、有人運転の区間を割り当てた複数種類の割当計画を作成する。図６に示す例では、運用６３３のＤ駅とＣ駅の区間は、リスク超過予測時刻６２０の直前に走行予定の区間であるので有人運転に割り当てる。なお、有人運転を割り当てる手法は、ランダムに任意の区間に割り当ててもよく、普通列車や特急列車といった種別ごとに割り当ててもよい。

【0039】

なお、有人運転に割り当てる運用については始発駅から終着駅までを一括（Ａ駅からＤ駅）で割り当ててもよいし、区間ごとに有人運転を割り当ててもよい。すなわち図６の例では運用６１０のうち、Ｄ駅からＣ駅は有人運転、Ｃ駅からＢ駅は無人運転、Ｂ駅からＡ駅は有人運転といった割り当てを行ってもよい。次に、ステップ５０３に進む。

【0040】

ステップ５０３では、運行計画割当装置１２０は、図６に示す最初の運用６１０を起点に、各運用の総リスク値を、図３～図４を参照して説明したリスク値の算出方法により算出する。すなわち、有人運転が行われると総リスク値を所定値、例えば“０”に設定し、以後、経過した時刻に応じたリスク値を算出する。次に、ステップ５０４に進む。

【0041】

ステップ５０４では、運行計画割当装置１２０は、総リスク値が所定の閾値を超える時刻であるリスク超過予測時刻を算出する。図６では、運用６１０の各区間で算出したリスク超過予測時刻６２０、６２１、６２２を一例として記載する。リスク超過予測時刻は区間の各位置に定義してもよいし、一つの運用で一つのリスク超過予測時刻を定義してもよい。本実施形態では図６に示すように区間で一つのリスク超過予測時刻を定義する例で説明する。運行計画割当装置１２０は、駅の到着時刻を基準にリスク関数を用いて総リスク値を算出することができる。次に、ステップ５０６に進む。

【0042】

ステップ５０６では、運行計画割当装置１２０は、割当計画の全てについて、リスク値の算出と、リスク超過予測時刻の算出が終了したかを判定する。全ての割当計画での処理が終わっていない場合はステップ５０３へ戻り、ステップ５０３～ステップ５０４の処理を繰り返す。例えば、ステップ５０２で、１０種類の割当計画が設定された場合、その１０種類の割当計画に対してそれぞれ、リスク値の算出、リスク超過予測時間を推定する。たとえば、ステップ５０２で、一つのリスク超過予測時刻に対して１０種類の割当計画が設定されると、次の割当計画の作成時には１０×１０＝１００種類の割当計画が設定されることとなる。ステップ５０６で、全ての割当計画での処理が終わっている場合はステップ５０７に進む。

【0043】

ステップ５０７では、運行計画割当装置１２０は、算出したリスクが予め定義されている閾値を超える時刻をすべての駅間について確認する。そして、一日の運用で最も遅い運用の全ての駅の到着時刻を確認する。それぞれの駅間について閾値を超える時刻が、一日の運用で最も遅い運用での到着時刻よりも遅いかどうかを判定する。全ての駅間で閾値を超える時刻が、一日の運用で最も遅い運用での到着時刻よりも遅い場合はステップ５０８に進む。すなわち、リスクが予め定義されている閾値以下の場合にステップ５０８に進む。全ての駅間で閾値を超える時刻が、一日の運用で最も遅い運用での到着時刻よりも遅くない場合はステップ５０２へ進み、割当計画を作成する。

【0044】

ステップ５０８では、運行計画割当装置１２０は、作成した割当計画の全てについてコスト値の算出を行う。コスト値の算出は、監視要員の人件費を基に算出するが、本実施形態では、作成された割当計画で有人運転が割当てられた数、すなわち監視要員の数をコスト値と見做して算出する。基本的には、割当計画で有人運転が割当てられた区間の数を合計してコスト値とする。更には、図７を参照して以下に説明するように、ある時間帯領域の中で有人運転が重複している運用の数を考慮することでコスト値を算出する。

【0045】

図７は、運行計画割当装置１２０によるコスト値の算出を説明する図である。横軸に時間を、縦軸に駅の位置を示す。そして、有人運転を実線で、無人運転を点線で示す。運用７１０はＡ駅からＤ駅に向かう運用、運用７２０はＤ駅からＡ駅に向かう運用を表す。図７の７Ａに示すように、運用７１０、７２０のうち黒実線の区間７１１、７２１が有人運転に割り当てられていたとする。この場合、ある時間帯領域７００において、列車１００の運行方向別に複数の運用が重複して有人運転に割り当てられている。この場合は、運用ごとに監視要員が必要となる。図７の７Ａの例では監視要員が２人必要となる。

【0046】

一方、図７の７Ｂに示すように、運用７１０、７２０のうち黒実線の区間７１２、７２２に有人運転が割り当てられていたとする。この場合、時間帯領域７０１、７０２に重複して有人運転が割り当てられていないので監視要員は１人で可能になる。この場合、コスト値が低くなる。このように、運行計画割当装置１２０は、ある時間帯領域の中で有人運転が重複している運用の数を数えることや、割当計画を実施するのに必要な監視要員数を算出することでコスト値を算出する。監視要員の数を少なくするために、監視要員の動きを考慮して有人運転を行う列車１００や区間を決めてもよい。なお、本実施形態では割当計画ごとの必要な監視要員のコスト値が算出できればよく、その手法は問わない。また、コスト値として人件費そのものを算出するのではなく、有人運転によるコスト増加と比例関係にある値をコスト値として代用してもよい。

【0047】

ステップ５０８で、コスト値を算出した後に、ステップ５０９に進む。
ステップ５０９では、運行計画割当装置１２０は、作成した割当計画の全てのコスト値算出が完了したかを判定する。全ての割当計画でのコスト値算出が終わっていない場合はステップ５０８に進み、コスト値算出を行う。全ての割当計画のコスト値算出が終わっている場合はステップ５１０に進む。

【0048】

ステップ５１０では、運行計画割当装置１２０は、作成した割当計画の全てについてリスク値とコスト値とを評価する。具体的には、一日の最初の運用から最後の運用まで、リスク値が閾値を下回っている割当計画を抽出し、この割当計画のなかでコスト値が低い割当計画を最終的な運行計画とする。なお、リスク値が閾値を下回っている割当計画のなかでコスト値が最も低い割当計画を最終的な運行計画としてもよい。更に、リスク値が最も低く、かつコスト値が最も低い割当計画を最終的な運行計画としてもよい。その後、ステップ５１１に進む。

【0049】

ステップ５１１では、運行計画割当装置１２０は、最終的な運行計画を運行管理装置１１０に送信する。図８は、最終的な運行計画のデータフォーマットの例を示す図である。図４で示した運行計画に、各運用の各区間に有人運転を行うのか無人運転を行うかのフラグを設定する項目を追加したデータフォーマットである。図８の例では、有人運転を行う区間を“０”、無人運転を行う区間を“１”としている。

【0050】

本実施形態によれば、リスク値が閾値以下となるように有人運転の区間と無人運転の区間とを割り当てることが可能となり、運用コストを低減して所定の運行計画を維持しながら安全性や運用性を向上させることができる。

【0051】

本実施形態では、有人運転時に監視要員が車両前方の環境を監視することにより列車１００の走行に対するリスクがないことが確認できたと考えられる場合にリスク関数の値を“０”としていた。そして、有人運転時のリスク関数の減少は自路線（有人運転の列車１００が走行した線路）のみを対象とした例で説明した。しかしながら、例えば複線路線などで監視要員が対向路線のリスクを判断可能な区間については、対向路線のリスク値も“０”としてよい。以下に、このような場合を例に説明する。

【0052】

図９は、運行計画割当装置１２０による割当計画の作成を説明する図である。横軸に時間を、縦軸に駅の位置を示す。そして、有人運転を実線で、無人運転を点線で示す。図９では、複線路線において対向路線が全区間で視認等により監視できる路線のリスク超過予測時刻の例を示す。例えばＤ駅からＡ駅に向かう運用９１０で、Ｄ駅からＣ駅、Ｂ駅からＡ駅まで有人運転を行った場合、通常であればリスク超過予測時刻は９１１と９１２となる。また、Ａ駅からＤ駅に向かう運用９２０がＡ駅からＤ駅まで全区間で有人運転を行った場合、リスク超過予測時刻は９２１と９２２となる。このとき、運用９２０の有人運転により、その対向路線（Ｄ駅からＡ駅に向かう路線）を列車１００が走行する運用９１０のリスクも確認されたと考え、Ａ駅⇔Ｂ駅、Ｂ駅⇔Ｃ駅、Ｃ駅⇔Ｄ駅の区間のリスク超過予測時刻は方向（Ａ駅からＤ駅、Ｄ駅からＡ駅）に関わらず時刻９２１、時刻９２２、時刻９１２となる。ここで、Ｃ駅⇔Ｄ駅の区間については運用９１０よりも運用９２０のほうが後の時刻で有人運転を行っているため、当該区間でのリスク超過予測時刻は、運用９１０に対応したリスク超過予測時刻９１１に替えて、運用９２０に対応したリスク超過予測時刻９２１が採用される。すなわち、運行計画割当装置１２０は、図５に示すステップ５０４において、有人運転の区間には、列車１００がそれぞれ走行可能な複数の路線が含まれ、複数の路線のうちいずれかの路線を列車１００が走行したときに監視要員が他の路線を監視可能な場合は、複数の路線のリスク超過予測時刻を同一の値に設定し、複数の路線のうちいずれかの路線を列車１００が走行したときに監視要員が他の路線を監視できない場合は、複数の路線のリスク超過予測時刻を別々の値に設定する。

【0053】

対向路線のリスク値のうち、ａの経年劣化に基づくリスク値とｂの監視時期に基づくリスク値の両方を“０”にしてもよい。また、ｂの監視時期に基づくリスク値のみを“０”にするようにしてもよい。この場合、方向（Ａ駅からＤ駅、Ｄ駅からＡ駅）で異なるリスク超過予測時刻となる。

【0054】

次に、複線路線において部分的に対向路線が視認できない区間を含む路線の場合について説明する。図１０は、運行計画割当装置１２０による複線路線における割当計画の作成を説明する図である。横軸に時間を、縦軸に駅の位置を示す。そして、有人運転を実線で、無人運転を点線で示す。

【0055】

図１０では、複線路線において部分的に対向路線が視認できない区間を含む路線のリスク超過予測時刻の例を示す。対向路線を視認できない区間とは、例えばトンネルＴが各方向で独立している区間や、それぞれの線路の間に距離がある区間、橋梁といった構造物で対向路線の軌道状態の確認が難しい区間などがある。図１０の例ではＡ駅⇔Ｂ駅区間に対向路線が視認できないトンネルＴの区間を含む。この場合、例えばＡ駅からＤ駅に自路線で運用１００１を有人運転で行った場合、対向路線が監視できるＢ駅⇔Ｃ駅、Ｃ駅⇔Ｄ駅の区間のリスク超過予測時刻は時刻１０１１、時刻１０１２となり、方向（Ａ駅からＤ駅、Ｄ駅からＡ駅）に関わらず同じリスク超過予測時刻となる。

【0056】

一方、Ａ駅⇔Ｂ駅区間についてはＤ駅からＡ駅方向の有人運転の監視要員からは視認できないトンネルＴの区間を含む。そのため運用１００２がＢ駅からＡ駅を有人運転にしても運用１００１でＡ駅からＤ駅方向の路線のリスクの有無が確認できなかったため、リスク関数の値はａの経年劣化に基づくリスク値とｂの監視時期に基づくリスク値の両方の値が維持される（“０”とならない）。Ａ駅からＤ駅方向のＡ駅⇔Ｂ駅区間のリスク超過予測時刻１０１３は、Ａ駅からＤ駅への運用１００１の時刻を基準とする。その結果、Ａ駅からＤ駅方向のＡ駅⇔Ｂ駅区間のリスク超過予測時刻は時刻１０１３となり、Ｄ駅からＡ駅方向のＡ駅⇔Ｂ駅区間のリスク超過予測時刻は時刻１０１３ではなく時刻１０１４となる。すなわち、運行計画割当装置１２０は、図５に示すステップ５０４において、有人運転の区間を列車１００が通過したと想定した場合に、通過した自路線と対向する対向路線が監視できない区間は自路線のリスク超過予測時刻を時刻１０１４に設定する。

【0057】

［第２の実施形態]
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る運行計画割当装置２２０を含む軌道輸送システム２０００の構成を示す図である。第１の実施形態では、先頭車両に監視要員を乗務させて前方の監視を行う有人運転の区間と監視要員による監視を行わない無人運転の区間とを運行計画に割り当てる例で説明した。第２の実施形態では、監視要員を常に列車に乗務させ、必要に応じて列車２００の先頭車両に監視要員が移動し、列車１００の前方を監視する。以下では、説明の便宜上、先頭車両に監視要員を移動させて列車１００の前方を監視する場合を有人運転と称し、列車１００の前方を監視しない場合を無人運転と称する。また、監視要員とは、例えば、運転士や添乗員である。第１の実施形態と同一の箇所には同一の符号を付してその説明を簡略に行う。

【0058】

軌道輸送システム２０００は、運行管理装置１１０、運行計画割当装置２２０、列車２００を備えて構成される。
列車２００は、外界センサ１０１、障害物検知部１０２、車両制御装置１０３、指示装置１０４を備え、軌道１０を走行する。外界センサ１０１、障害物検知部１０２、車両制御装置１０３は、第１の実施形態と同様である。

【0059】

指示装置１０４は、列車２００に乗務している監視要員に対して、先頭車両に移動し前方の監視をする区間を指示する装置である。監視要員は指示装置１０４を介して前方監視を行う区間（有人運転の区間）を把握する。監視の指示がなく前方監視を行わない区間（無人運転の区間）については列車２００内で乗客向けのサービスや車掌業務などを行う。指示装置１０４は、運行計画を参照して、有人運転の区間では、先頭車両に移動し前方の監視をするように監視要員に表示や音声などにより事前に指示する。指示装置１０４は持ち運びが可能なスマートデバイスのようなものでもよいし、列車２００の運転台に備え付けられた表示装置でもよい。本実施形態では監視要員が前方監視を行う区間を把握できればよく、その他の装置を用いてもよい。

【0060】

運行管理装置１１０は、列車２００の運行計画を管理する装置である。運行管理装置１１０は、運行計画割当装置２２０で作成された運行計画に基づいて軌道輸送システム２０００の運行を管理する。具体的には、運行計画に基づいて列車２００の運行を管理するとともに、運行計画を列車２００の指示装置１０４に提供して、指示装置１０４を介して、有人運転の区間では、監視要員に先頭車両に移動し前方の監視をするように指示する。監視要員は前方監視業務がどの列車２００のどの区間に割当られているかを示す情報が付与された運行計画をもとに把握し、前方監視業務を割り当てられた列車２００の区間で先頭車両に移動し、前方監視業務を行う。

【0061】

運行計画割当装置２２０は、第１の実施形態で図２～図３を参照して説明したと同様にリスク値を算出する。すなわち、運行計画を参照して、運行計画における列車２００の通過後に所定の値に設定され、列車２００が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を算出する。具体的には、運行管理装置１１０から当初の運行計画を取得し、取得した当初の運行計画に基づいてどの列車２００のどの区間で無人運転を行うかを割り当てて割当計画を作成する。作成した割当計画ごとに算出されるリスク値と運用コストとを求める。運用コストは、監視要員が列車２００の前方を監視している区間の運行時間に係るコストである。そして、割当計画ごとに算出されたリスク値とコスト値を評価し、リスク値があらかじめ定義されている閾値以下かつコスト値が小さい割当計画を最終的な運行計画として決定する。決定した運行計画を運行管理装置１１０に送信する。

【0062】

図１２は、運行計画割当装置２２０によって実行される処理を示すフローチャートである。図１２において、図５に示した第１の実施形態の運行計画割当装置１２０による処理のフローチャートと同一の処理を行うステップには、図５と同一の符号を付している。以下では、その説明を簡略に行う。

【0063】

ステップ５０１では、運行計画割当装置２２０は、運行管理装置１１０から運行計画を取得する。運行計画は、図４に示すように、運用ごとの各駅の出発時刻・到着時刻が定義されている。次に、ステップ５０２に進む。

【0064】

ステップ５０２では、運行計画割当装置２２０は、運行計画をもとにどの運用のどの区間を有人運転、すなわち、監視要員に前方監視業務を依頼するか、を設定した割当計画を作成する。割当計画は少なくとも２つ以上作成する。図６を参照して説明したように、例えば、初めに一日の運用のうち最初の運用６１０の始発列車に係る区間は、有人運転の区間に割り当てる。最初の運用６１０以外では、例えば、リスク超過予測時刻の直前に走行予定の区間を有人運転に割り当る、もしくは、ランダムに任意の区間を有人運転に割り当る。次に、ステップ５０３に進む。

【0065】

ステップ５０４では、運行計画割当装置２２０は、総リスク値が所定の閾値を超える時刻であるリスク超過予測時刻を算出する。図６を参照して説明したように、区間で一つのリスク超過予測時刻を定義する。次に、ステップ５０６に進む。

【0066】

ステップ５０６では、運行計画割当装置２２０は、割当計画の全てについて、リスク値の算出と、リスク超過予測時刻の算出が終了したかを判定する。全ての割当計画での処理が終わっていない場合はステップ５０３へ戻り、ステップ５０３～ステップ５０４の処理を繰り返す。ステップ５０６で、全ての割当計画での処理が終わっている場合はステップ５０７に進む。

【0067】

ステップ５０７では、運行計画割当装置２２０は、算出したリスクが予め定義されている閾値を超える時刻をすべての駅間について確認する。そして、一日の運用で最も遅い運用の全ての駅の到着時刻を確認する。それぞれの駅間について閾値を超える時刻が、一日の運用で最も遅い運用での到着時刻よりも遅いかどうかを判定する。全ての駅間で閾値を超える時刻が、一日の運用で最も遅い運用での到着時刻よりも遅い場合はステップ５１２に進む。すなわち、リスクが予め定義されている閾値以下の場合にステップ５１２に進む。全ての駅間で閾値を超える時刻が、一日の運用で最も遅い運用での到着時刻よりも遅くない場合はステップ５０２に進み、割当計画を作成する。

【0068】

ステップ５１２では、運行計画割当装置２２０は、作成した割当計画の全てについてコスト値の算出を行う。コスト値の算出は、監視要員の人件費を基に算出するが、本実施形態では、作成された割当計画で有人運転が割当てられた区間の運行時間、すなわち監視要員が前方監視を行った時間をコスト値と見做して算出する。基本的には、割当計画で有人運転が割当てられた区間の運行時間（出発時刻から到着時刻までの運行時間）を合計してコスト値とする。次に、ステップ５０９に進む。

【0069】

ステップ５０９では、運行計画割当装置２２０は、作成した割当計画の全てのコスト値算出が完了したかを判定する。全ての割当計画でのコスト値算出が終わっていない場合はステップ５１２に進み、コスト値算出を行う。全ての割当計画のコスト値算出が終わっている場合はステップ５１０に進む。

【0070】

ステップ５１０では、運行計画割当装置２２０は、作成した割当計画の全てについてリスク値とコスト値とを評価する。具体的には、一日の最初の運用から最後の運用まで、リスク値が閾値を下回っている割当計画を抽出し、この割当計画のなかでコスト値が低い、すなわち前方監視業務の時間が短い割当計画を最終的な運行計画とする。なお、リスク値が閾値を下回っている割当計画のなかでコスト値が最も低い割当計画を最終的な運行計画としてもよい。更に、リスク値が最も低く、かつコスト値が最も低い割当計画を最終的な運行計画としてもよい。その後、ステップ５１１に進む。

【0071】

ステップ５１１では、運行計画割当装置２２０は、最終的な運行計画を運行管理装置１１０に送信する。最終的な運行計画は、図８を参照して説明したデータフォーマットと同様である。図８の例では、有人運転を行う区間を“０”、無人運転を行う区間を“１”としている。

【0072】

本実施形態では、監視要員の前方監視業務の時間も評価項目として考慮したが、全ての列車２００に監視要員が乗務することから人件費に係るコストは一定と考えられる。そのため、運行計画割当装置２２０の計算負荷を下げるために、ステップ５１２のコスト値の算出を省略して、リスク値のみで評価するようにしてもよい。この場合、ステップ５１０では、各区間のリスク値の平均が低い割当計画割当計画を最終的な運行計画とするか、各区間での最大リスク値が小さい割当計画を最終的な運行計画とする。

【0073】

本実施形態によれば、リスク値が閾値以下となるように有人運転の区間と無人運転の区間とを割り当てることが可能となり、運用コストを低減して所定の運行計画を維持しながら安全性や運用性を向上させることができる。また、全ての列車２００に乗務している監視要員の業務内容を変更するだけで、列車２００の運行の安全性を確保することが可能となる。そのため、第１の実施形態と比較して軌道輸送システムの運用事業者の業務負荷を低減できる。

【0074】

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）運行計画割当装置１２０、２２０は、軌道１０上を走行する列車１００、２００に監視要員を乗務させて前方の監視を行う有人運転の区間と、監視要員による監視を行わない無人運転の区間とを、列車１００、２００の運行計画に割り当てる装置であって、運行計画における列車１００、２００の通過後に所定の値に設定され、列車１００、２００が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を算出し、リスク値が所定の閾値以下となるように、有人運転の区間と無人運転の区間とを運行計画に割り当てる。これにより、有人運転の区間と無人運転の区間とをリスクに応じて割り当て、安全性や運用性を向上させることが可能となる。

【0075】

（２）運行計画割当方法は、軌道１０上を走行する列車１００、２００に監視要員を乗務させて前方の監視を行う有人運転の区間と、監視要員による監視を行わない無人運転の区間とを、列車１００、２００の運行計画に割り当てる運行計画割当方法であって、運行計画における列車１００、２００の通過後に所定の値に設定され、列車１００、２００が通過した後は経過時間に関連して上昇するリスク値を、コンピュータ（運行計画割当装置１２０、２２０）により算出し、コンピュータ（運行計画割当装置１２０、２２０）により、リスク値が閾値以下となるように有人運転の区間と無人運転の区間とを運行計画に割り当てる。これにより、有人運転の区間と無人運転の区間とをリスクに応じて割り当て、安全性や運用性を向上させることが可能となる。

【0076】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の各実施形態を組み合わせた構成としてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１０・・・軌道、１００、２００・・・列車、１０１・・・外界センサ、１０２・・・障害物検知部、１０３・・・車両制御装置、１０４・・・指示装置、１１０・・・運行管理装置、１２０、２２０・・・運行計画割当装置、１０００、１１００・・・軌道輸送システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】