JP2009136117A - 運転操作解析方法、運転操作解析装置、及び、運動操作解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】運転者による車両の運転操作を解析する運転操作解析方法、運転操作解析装置、及び、運動操作解析プログラムに関し、容易、かつ、的確に運転操作の特性を解析できる運転操作解析方法、運転操作解析装置、及び、運転操作解析プログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、運転者による車両の運転操作を解析する運転操作解析方法であって、前記車両の現在位置情報を位置検出手段から取得し、前記車両の現在速度情報を速度検出手段から取得し、前記車両の現在減速度情報を加速度検出手段から取得する現在情報取得手順と、前記現在情報取得手順で取得された前記現在位置情報及び前記現在速度情報に基づいて所要減速度情報を算出する所要減速度算出手順と、前記現在減速度情報と前記所要減速度情報とに基づいて前記運転操作を解析する解析手順とを有することを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は運転操作解析方法、運転操作解析装置、及び、運動操作解析プログラムに係り、特に、運転者による車両の運転操作を解析する運転操作解析方法、運転操作解析装置、及び、運動操作解析プログラムに関する。

近年、鉄道網の発展にともなって、鉄道への安全性の確保と向上が望まれている。そして、鉄道車両を含めた機械システムに今まで以上の安全性の確保と向上が求められている。

こうした要請に対して、鉄道車両は、高度な滑走防止制御の研究開発によってブレーキシステムの安全性の向上の検討がなされている（例えば、非特許文献１参照）。

また、特に、人間がミスを起こしやすい状況下においても安全性を確保できる人間−機械系を鉄道車両側でも考慮し、構築する必要が生じている。いままで、鉄道の分野では、ヒューマンエラーの認知や運転時の人間の動作所要時間に関する報告は示されている（例えば、非特許文献２、３参照）。

しかしながら、これまで、人間−機械系としての安全性に関する議論はなされていない。

そこで、運転者の動特性を考慮した人間−機械系として制御系全体のモデルを構築し、ブレーキ操作を支援することによって、車両の安全性を確保する必要がある（例えば、非特許文献４参照）。
山崎大生,鎌田崇義,永井正夫:スライディングモード制御理論に基づいた鉄道車両の滑走制御,(社)日本フルードパワーシステム学会論文集,第37巻,第3号,(2006.5),pp.8-14 橋本邦衛:安全人間工学,中央労働災害防止協会,(1988.3),pp.3-21，pp.25-36,pp.51-59 林善男,井口雅一:人間・機械システムの設計,人間と技術社,(1970),pp.48-64 山崎大生:鉄道車両のブレーキシステムの現状と将来のあるべきシステム,(社)日本フルードパワーシステム学会ウィンターセミナー2005 機械システムの安全性,p.30-41

車両の安全性を確保するために、運転操作の特性を的確に解析できるシステムが求められている。また、このとき、できるだけ簡単に設置できるシステムが求められている。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、容易、かつ、的確に運転操作の特性を解析できる運転操作解析方法、運転操作解析装置、及び、運転操作解析プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、運転者による車両の運転操作を解析する運転操作解析方法であって、前記車両の現在位置情報を位置検出手段から取得し、前記車両の現在速度情報を速度検出手段から取得し、前記車両の現在減速度情報を加速度検出手段から取得する現在情報取得手順と、前記現在情報取得手順で取得された前記現在位置情報及び前記現在速度情報に基づいて所要減速度情報を算出する所要減速度算出手順と、前記現在減速度情報と前記所要減速度情報とに基づいて前記運転操作を解析する解析手順とを有することを特徴とする。

なお、前記所要減速度算出手順は、前記所要減速度情報をα_r、前記現在速度情報をｖ(t)、前記目標速度情報をｖ_t、前記現在在位置情報をｘ(t)、前記目標位置情報をｘ_tとするとき、

により、前記所要減速度情報をα_rを算出することを特徴とする。

また、前記解析手順は、前記所要減速度情報に対する前記現在減速度情報の偏差に基づいて前記運転操作の良否、例えば、異常運転操作と、正常運転操作とを判定することを特徴とする。

本発明によれば、車両の現在位置情報、現在速度情報、現在減速度情報を取得し、取得した現在位置情報及び現在速度情報に基づいて所要減速度情報を算出し、現在減速度情報と所要減速度情報とに基づいて運転操作を解析することにより、運転者の操作自体を検出することなく、運転操作を解析することができる。

ここでは、本発明の運転操作解析方法を、列車を例とって説明する。

まず、列車を目標位置に停止させる際の運転者のブレーキ行動について説明する。

運転者は、走行している列車を停止させる場合、運転台のブレーキハンドルを操作することにより、車両のブレーキを動作させ、車両を減速させる。列車を駅などの定められた位置に停止させる場合は、車両に適切なブレーキ力を与える必要がある。もし、ブレーキ力が必要以上に強い場合、車両は目標位置より手前に停止し、逆にブレーキ力が弱い場合、目標位置を行き過ぎて停止する。

運転者は、目標位置に列車をスムースに停止させるために、時々刻々変化する車両の走行速度と目標位置までの距離に応じて、ブレーキハンドルを操作することにより、ブレーキ力を調整している。

そこで、運転者が列車を駅などの定められた位置に停止させる場合の運転者のブレーキ操作を定式化する。

運転者のブレーキ行動は、次のように考えることができる。

速度ｖ(t)で走行する車両が、位置ｘ(t)から目標位置ｘ_tに停止するために必要な平均の減速度α_r(t)は、下記の式（１）で定義される。

なお、この平均の減速度α_r(t)を所要減速度と呼ぶことにする。

車両の減速度α(t)が、所要減速度平均の減速度α_r(t)より大きい場合（α＞α_r）、車両は目標位置ｘ_tの手前で停止することを意味し、逆に、α＜α_rでは、目標位置ｘ_tを行き過ぎる、すなわち、オーバーランを意味する。

そこで、運転者は、車両の減速度αが所要減速度α_rに近づくようにブレーキを操作することによってブレーキ力を修正しているものと考える。

以上の考え方は、速度制限に対するブレーキについても同様に考えることができる。速度制限などの目標速度がある場合に対しても適用可能にするため、式（１）を拡張し、所要減速度α_r(t)を下記の式（２）で定義し直す。

ここで、ｖ_tは目標位置ｘ_tにおける目標速度である。車両を停止させる場合は、目標速度ｖ_t＝０とする。

次に減速度による運転操作の評価について説明する。

図１は所要減速度α_rの傾向を説明するための図を示す。

所要減速度α_r(t)は、車両の走行速度ｖ(t)と位置ｘ(t)から求められるため、時々刻々変化する値となり、図１に示すような傾向に分類される。所要減速度α_r(t)は、減速度α(t)との偏差を増大する方向に変化することが特徴である。

減速度α(t)と所要減速度α_r(t)とに偏差が生じている場合、減速度α(t)を修正しなければ、偏差は増大する。運転者は、偏差が増大する前に、減速度α(t)が所要減速度α_r(t)に近づくように、ブレーキを修正する必要がある。例えば、運転者に何らかの異常が発生し、ブレーキの修正が遅れたり不適当だったりする場合、減速度α(t)が所要減速度α_r(t)に収束しないことになる。

以上のことから、所要減速度α_r(t)に対する減速度α(t)の動きが、運転行動を評価する方法の一つになると考えられる。そこで、所要減速度α_r(t)を横軸、減速度α(t)を縦軸にとる平面において軌跡、α_r−α線図を描く方法が考えられる。これにより、所要減速度α_r(t)に対する減速度α(t)の変化、すなわちブレーキの修正動作の特徴を明確に示すことができる。

図２はα_r−α線図の一例を示す図である。

図１に示す性質から、α＝α_rの線より上に位置するときに左側に遷移するようにブレーキ操作し、α＝α_rの線の下側に位置するときには右側に遷移するようにブレーキ操作が行われる。

軌跡がα＝α_rの線を越えると、反時計回りに円を描くことになる。

ところで、減速度α(t)は、車両のブレーキ性能により、発生し得る最大値が存在する。その最大減速度は、摩擦係数や線路の勾配などの条件により変化する。ここで、最大減速度をα_maxの一定値と定義すると、所要減速度α_r(t)が最大減速度α_maxを超えたとき、すなわち、α_r(t)＞α_maxのとき、運転者のブレーキ行動に関係なく車両は目標位置ｘ_tを行き過ぎる、いわゆる、オーバーランが決まる。このことは、所要減速度α_r(t)が運転者のブレーキ行動を評価するだけでなく、物理的なオーバーランの危険性を表す指標にもなり得る。

次に、解析例について説明する。

ここでは、列車運転シミュレータを用いた模擬実験の結果を被験者に負荷を与えた場合と、負荷を与えない場合とで比較する。なお、被験者に与える負荷は、被験者に暗算課題を与えるものとする。

図３は車両が停止するときの距離に対する速度の変化を示す図である。

負荷なし、負荷ありともに停止位置に正常に停止している。速度の変化からは、負荷による違いを判別することは難しい。

図４は距離に対する所要減速度と減速度の変化を示す図である。

実線と波線の差異が所要減速度α_r(t)と減速度α(t)の偏差の偏差を示す。ブレーキの修正動作は、ある程度の偏差が生じた場合に行われていることが確認できる。

負荷ありでは、停止位置目標までの距離が５０ｍ以下になったとき、ブレーキの修正量が必要以上に大きくなり、逆の偏差が生じている傾向が見られる。その結果、偏差が大きくなっている。

図５は、α_r−α線図を示す。同図中、矢印は、時間的な軌跡の動きを表している。

図５に示すように、負荷ありでは、ブレーキの修正量が必要以上に大きいため、反時計回りの円を描いている。この特徴的な軌跡を評価することにより、異常運転を判別できる可能性がある。

図６は、α_r−α線図を用いた運転操作解析方法を説明するための図を示す。

ここでは、運転操作を正常操作と異常操作とに分類し、異常操作を検知する評価を行う場合について説明する。

図６のようにα_r−α線図に正常操作領域Ａ0と異常操作領域Ａ1、Ａ2を設定する方法が考えられる。例えば、軌跡が正常領域Ａ0から異常領域Ａ1、Ａ2へ進入した場合に、異常と判定する。異常領域Ａ1は、正常状態で軌跡が推移しない領域を示す。異常領域Ａ2は、最大減速度α_max＝４〔km/h/s〕としたとき、オーバーランが決定する領域を示し、異常領域Ａ1より危険度の高い領域と言える。

なお、ここでは運転操作の評価を、単純に、正常操作と異常操作とに分類したが、軌跡の広がり具合などによって複数段階に分類するようにしてもよい。また、単にα_r−α線図を提示し、軌跡によって評価を行うようにしてもよい。

次に、上記運転操作解析方法を実現するための運転操作解析装置について説明する。

まず、運転操作解析装置１００の構成について説明する。

図７は本発明の運転操作解析装置の一実施例のブロック構成図、図８は運転操作解析装置１００の設置の例を説明するための図を示す。

本実施例の運転操作解析装置１００は、処理システム１１０、位置検出装置１２０、速度検出装置１３０、加速度検出装置１４０を含む構成とされている。

処理システム１１０は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータなどから構成されており、予めインストールされた運転操作解析処理プログラムに基づいて位置検出装置１２０、速度検出装置１３０、加速度検出装置１４０からデータを収集し、運転操作解析処理を実行する。

位置検出装置１２０は、例えば、ＧＰＳであり、車両の外側や内側に取り付けられ、車両１５０の走行位置を検出する。なお、位置検出装置１２０は、ＧＰＳに限定されるものではなく、車両の位置を検出できるシステムであればよい。

速度検出装置１３０は、例えば、速度発電機であり、台車などに取り付けられ、車両１５０の速度を検出する。なお、速度検出装置１３０は、速度発電機に限定されるものではなく、車両の走行速度を検出できるものであればよい。

加速度検出装置１４０は、例えば、加速度センサであり、車両の室内に設けられ、車両１５０にかかる加速度を検出する。

位置、速度、加速度の３つの物理量は、微分・積分の関係にあるため、位置検出装置１２０、速度検出装置１３０、加速度検出装置１４０のいずれか一つの検出装置から、３つの物理量を処理装置により計算できる。そのため、各検出装置のいずれか一つの検出装置で構成してもよい。

位置検出装置１２０、速度検出装置１３０、加速度検出装置１４０を車両１５０の室内に設置できるように構成すれば、持ち運びが容易になる。また、誤差を小さくするためには、位置検出装置１２０、速度検出装置１３０、加速度検出装置１４０を各々複数の設けるようにする方がよい。

入力装置１１１は、異常運転検出プログラムの操作を行う。

記憶装置１１２には、異常運転検出プログラムと、駅や速度制限の位置や制限速度などの路線のデータが記憶されている。

処理装置１１３は、記憶装置に記憶された異常運転検出プログラムにより、異常運転検出処理を行う。各検出装置から取得した数値や、異常運転検出処理により計算した数値を記憶装置に記録し、運転状態を運転後に分析できるようにする。

出力装置１１４は、例えば、ディスプレイモニタやスピーカーであり、運転操作解析処理の結果や異常運転を示す警報を発する。警報は、例えば、音や光によるものである。

次に、処理システム１１０による運転操作解析処理プログラムの処理について図面を用いて説明する。

図９は運転操作解析処理プログラムのフローチャートを示す。

処理システム１１０は、ステップＳ１−１で位置検出装置１２０、速度検出装置１３０、加速度検出装置１４０から現在の車両の位置情報、走行速度、加速度を取得する。処理システム１１０は、ステップＳ１−２で、ディジタルフィルタ処理などの各種ディジタル処理を施し、取得した位置情報、走行速度、加速度の誤差を補正する。

次に、処理システム１１０は、ステップＳ１−３で、減速度を計算する。なお、減速度は、加速度の符号を逆にしたものである。

また、処理システム１１０は、ステップＳ１−４で、記憶装置１１２から目標位置情報と目標速度情報を読み出す。

処理システム１１０は、ステップＳ１−５で、記憶装置１１２から読み出した目標位置情報、目標速度情報、及び、位置検出装置１２０で検出した位置情報、速度検出装置１３０で検出した速度情報を式（２）に代入することより所要減速度α_r(t)を計算する。

処理システム１１０は、ステップＳ１−６で、計算した所要減速度α_r(t)をα_r−α線図にプロットする。

処理システム１１０は、ステップＳ１−７で、α_r−α線図のプロット位置が異常領域Ａ1、Ａ2内にあるか否か判別する。

処理システム１１０は、軌跡が異常領域Ａ1、Ａ2内であれば、ステップＳ１−８で出力装置１１４から警報を出力する。

処理システム１１０は、ステップＳ１−９で、記憶装置１１２にプロット位置を記録する。処理システム１１０は、ステップＳ１−１０で入力装置１１１から終了のための入力がなければ、ステップＳ１−１からステップＳ１−９を繰り返す。また、ステップＳ１−１０で入力装置１１１から終了の入力があると、運転操作解析処理を終了する。

処理システム１１０は、運転操作終了後などに、入力装置１１１の操作による命令によって、記憶装置１１２に記憶されたα_r−α線図のプロット位置を時系列的に接続して、軌跡を生成し、出力装置１１４を構成するディスプレイなどに表示する。このα_r−α線図を参照することによって、運転操作の良否の判定を行うことができる。

本実施例によれば、車両の現在位置情報、現在速度情報、現在減速度情報を検出することにより車両の運転操作を解析することができ、運転者のブレーキ操作などの操作を自体を検出する必要がないので、実車などに簡単に搭載することができ、運転操作を容易に解析することが可能となる。

なお、処理システム１１０、位置検出装置１２０、加速度検出装置１４０を一つの筐体に収納し、速度検出装置１３０を車両などに予め取り付けられた速度検出装置で代用して、車両に取り付けられた速度検出装置から処理システム１１０に速度信号を導入して、速度検出を行うようにする構成としてもよい。このような構成とすることによって、処理システム１１０、位置検出装置１２０、加速度検出装置１４０が収納された筐体を運転席に持ち込み、速度検出装置に接続されたケーブルを処理システム１１０に接続するだけで、容易に運転操作解析を行うことが可能となる。

また、本実施例では、列車を例にその運転操作解析方法を説明したが、列車に限定されるものではなく、バス、乗用車などの車両一般に適用できることは言うまでもない。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形例が考えられることは言うまでもない。

所要減速度の傾向を説明するための図である。 α_r−α線図の一例を示す図である。 車両が停止するときの距離に対する速度の変化を示す図である。 距離に対する所要減速度と減速度の変化を示す図である。 α_r−α線図である。 α_r−α線図を用いた運転操作解析方法を説明するための図である。 本発明の一実施例のブロック構成図である。 運転操作解析装置１００の設置の例を説明するための図である。 運転操作解析処理プログラムのフローチャートである。

符号の説明

１００ 運転操作解析処理装置
１１０ 処理システム、１１１ 入力装置、１１２ 記憶装置、１１３ 処理装置
１１４ 出力装置
１２０ 位置検出装置、１３０ 速度検出装置、１４０ 加速度検出装置
１５０ 車両、１６０ 台車

Claims (8)

1. 運転者による車両の運転操作を解析する運転操作解析方法であって、
   前記車両の現在位置情報を位置検出手段から取得し、前記車両の現在速度情報を速度検出手段から取得し、前記車両の現在減速度情報を加速度検出手段から取得する現在情報取得手順と、
   前記現在情報取得手順で取得された前記現在位置情報及び前記現在速度情報に基づいて所要減速度情報を算出する所要減速度算出手順と、
   前記現在減速度情報と前記所要減速度情報とに基づいて前記運転操作を解析する解析手順とを有する運転操作解析方法。
2. 前記所要減速度算出手順は、前記所要減速度情報をα_r、前記現在速度情報をｖ(t)、前記目標速度情報をｖ_t、前記現在位置情報をｘ(t)、前記目標位置情報をｘ_tとするとき、
   

   

   により、前記所要減速度情報をα_rを算出する請求項１記載の運転操作解析方法。
3. 前記解析手順は、前記所要減速度情報に対する前記現在減速度情報の偏差に基づいて前記運転操作の良否を判断する請求項１又は２記載の運転操作解析方法。
4. 運転者による車両の運転操作を解析する運転操作解析装置であって、
   前記車両の現在位置情報、前記車両の現在速度情報、前記車両の現在減速度情報を取得する現在情報取得手段と、
   前記現在情報取得手段で取得された前記現在位置情報及び前記現在速度情報に基づいて所要減速度情報を算出する所要減速度算出手段と、
   前記現在減速度情報と前記所要減速度情報とに基づいて前記運転操作を解析する解析手段とを有する運転操作解析装置。
5. 前記現在位置情報を検出する位置検出手段と、
   前記現在減速度情報を検出する加速度検出手段とを有する請求項４記載の運転操作解析装置。
6. 一つの筐体に収納されている請求項４又は５記載の運転操作解析装置。
7. コンピュータに、
   車両の現在位置情報を位置検出手段から取得し、前記車両の現在速度情報を速度検出手段から取得し、前記車両の現在減速度情報を加速度検出手段から取得する現在情報取得手順と、
   前記現在情報取得手順で取得された前記現在位置情報及び前記現在速度情報に基づいて所要減速度情報を算出する所要減速度算出手順と、
   前記現在減速度情報と前記所要減速度情報とに基づいて前記運転操作を解析する解析手順とを実行させるコンピュータ読取可能な運転操作解析プログラム。
8. 前記所要減速度算出手順は、前記所要減速度情報をα_r、前記現在速度情報をｖ(t)、前記目標速度情報をｖ_t、前記現在在位置情報をｘ(t)、前記目標位置情報をｘ_tとするとき、
   

   

   により、前記所要減速度情報をα_rを算出する請求項８記載の運転操作解析プログラム。

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