JP6129521B2 - 列車のリアルタイム走行情報を活用した運行関連情報表示システム及び方法 - Google Patents

Description

列車のリアルタイム走行情報を活用した運行支援システム。リアルタイム情報を活用して、運転手に最適運転方法を伝達するシステムである。

鉄道車両の運転手は、走行中に運転中車両の乗車率や前後を走行している列車との位置関係などを把握することができない。そのため、時刻表に添った適正な運転を行うためには、運転手の経験やスキルに頼る部分が多い。列車の走行情報を利用する技術として特許文献１がある。ここでは、列車の運転計画に沿った運転曲線に自列車の位置と速度を一緒に表示することで運転を支援する技術が開示されている。

特開2009-29234号公報

しかしながら、特許文献１では自列車の走行位置と速度を算出するタイミングについては開示していない。そのため、運転手に伝達する運転支援情報をリアルタイムに表示することは考慮されていない。それ故、時々刻々と変化する列車の走行情報を処理し運転支援情報をリアルタイムに生成、表示する技術については開示されていない。

そこで本発明では、まず車両からリアルタイムで車上情報を地上に送信する。そして地上側で、車上情報と地上情報を融合させて自動計算を行い、最適運転条件を運転席モニタに表示する。車上でしか分からない情報と地上でしか分からない情報を活用し、さらに走行環境に合わせて無線ネットワーク経由でリアルタイムに運転手に最適運転条件を伝達する。また、走行条件で判定処理を行い、既存のテーブルより的確な運転条件を絞り込むことで、処理を早めることができ情報伝達性能が向上する。

本発明によれば、地上からのリアルタイムの指示に添って運転を行うことで、より時刻表に近い最適な運行が可能となる。また、ダイヤが乱れた際も、地上側でしか分からない最新のダイヤ情報と合わせて判定を行うことで、少しでも本来の時刻表に近い運行が可能になる。さらには、ダイヤに正確な運行が実現できることで、運行乱れを考慮して設けられた余力部分を削減することで、より密な運行が可能となる。

運転支援システムの概要図である。 車上装置及び、地上装置のハードウエア構成図である。 最新ダイヤのテーブル例である。 乗車率のテーブル例である。 GPS情報のテーブル例である。 スピード情報のテーブル例である。 最適運転条件のテーブル例である。 運転支援システム全体の処理を示すフローチャートである。 走行中列車の車間距離を求める計算処理を示すフローチャートである。 時刻表に変更がない場合の、最適運転条件判定処理を示すフローチャートである。 時刻表に変更がある場合の、最適運転条件判定処理を示すフローチャートである。

以下、図面を用いて本実施例の形態を説明する。

図1は、運転支援システムの概要図である。走行中の列車101はリアルタイムでスピード情報、乗車率情報、GPS情報をリアルタイムで地上装置102に継続的に送信する。ここで、リアルタイムとは、列車に搭載された車上装置が列車の走行情報を各種機器（センサなど）から取得したタイミングで順次地上装置に情報を送信することを指す。

地上装置102はそれらの車上情報と、地上側でしか分からない情報とを合わせて判定処理を行い、最適な運転条件（スピード情報、ブレーキ情報）を算出して列車101に返す。車上情報、地上判定結果は既存の3G回線もしくは無線回線を介して送受信されるものとする。なお、本実施例ではこのリアルタイム通信は数百ミリ秒単位で行われることを想定しているが、それに限るものではない。本実施例によって、最新の走行状況に合わせて最適運転条件を列車にリアルタイムで指示することで、運転手は迅速に状況を把握して最適運転に近づけることができる。また、運転手には各々運転のくせがあるが、地上側から継続的に運転指示を出すことで、運転の均一化が可能となる。

図2は、本実施例に必要な機器のハードウエア構成の例である。車上装置、地上装置のみという、シンプルな構成となっており、迅速な処理、情報の伝達が可能となる。まず、車上装置103の構成から説明を行う。車上装置103は列車情報部104と運転席ディスプレイ装置112とを有する。列車情報部104はCPUを有する機器であり、列車情報を収集する列車情報収集機能、列車情報をパッキングする列車情報パッキング部、地上側に列車情報を送信する列車情報送信機能を備える。それぞれの機能での処理詳細は図8にて行う。運転席ディスプレイ装置112は、運転手への運転指示を表示する。

次に地上装置102の構成について説明する。地上装置102は、車上装置とデータ送受信を行う列車情報送受信部106、車上から受信した情報を格納するDB群(最新ダイヤDB107、乗車率DB108、GPS DB109、スピードDB110、最適運転条件DB111）と、それらのDBから情報を抽出して最適運転条件の計算を行う、列車情報計算部112を有する。列車情報計算部112はCPUを有する機器であり、GPSDB109に蓄積された位置情報を用いて車間距離の計算を行う車間距離計算機能と、最新ダイヤDB107、乗車率DB108、スピードDB110、最適運転条件DB111を用いて最適スピードの算出を行う最適スピード計算機能を持つ。それぞれの詳細計算方法については図8にて説明する。次にデータの流れについて説明を行う。列車情報部104で収集された情報は3Gや無線LANなどのネットワーク装置105を介して列車情報送受信部106に送信され、DB群最新ダイヤDB107、乗車率DB108、GPS DB109、スピードDB110）に格納される。それらの格納情報より列車情報計算部112が処理した結果は再度、列車情報送受信部106、ネットワーク装置105を介して地上装置103に送信され、運転席ディスプレイ装置112上に表示される。地上、車上のコミュニケーションが3Gを介するか無線LANを介するかは、列車の走行位置や状況（トンネル内等）により自動で切り替えが可能であり、どのような状況下においても確実に通信ができ、継続的に運転指示を出すことが可能となる。また、最適スピードの計算は保持したパターンテーブルを用いて算出するため、複雑な計算処理を行う必要がなく処理が迅速に完了する。

図3は最適運件条件の計算に必要な最新ダイヤのテーブル例である。事故や故障などでダイヤが変更になった際の最新のダイヤ情報が格納される。このテーブルは、列車の識別子である車番号情報と、列車が通るルーとを示すルート情報と、各駅の識別子の情報とそれら駅での発着時刻の情報を備えている。なお、中間駅においては、着時刻が図示されていないが、着時刻の情報を保持してもよい。なお、このテーブルは、ダイヤが変更される度に更新されることで最新の情報を維持する。最新ダイヤ情報は列車側では分からないので、本実施例では重要な役割を果たす。

図4は乗車率テーブル例である。各列車が駅に停車した際の乗車率情報が格納されている。乗車率を利用してブレーキのかけ方をかえることで、無駄なエネルギーを消費したエコ運転が可能となる。なお、乗車率の算出は、乗客を含めた列車全体の重量から求めてもよいし、車内に設けられた各種センサによって求めてもよい。

図5はGPS情報テーブル例である。この例では一定時間ごとの列車の位置情報が格納する例を示している。但し、ラッシュ運転時などは、運転間隔が狭く慎重に車間距離を制御して運行を行う必要があるため、GPS機器が最短で駆動するタイミングで順次GPS情報をGPSテーブルに書き込み、その情報を順次地上装置に送信することで、指示された運転条件にリアルタイムで反応する動作を行うことが可能になる。これにより非常に密な運行であっても運転支援を行うことが可能となる。

図6はスピードテーブル例である。この例では一定時間ごとの列車のスピードが格納する例を示している。このテーブルにおけるスピード情報とは、その時刻での最適スピードを指示するものである。時々刻々と変化するスピード情報を表示することは運転支援において不可欠である。

図7は最適運転条件テーブル例である。このテーブルは、種々の条件と、その条件における最適運転の情報とが対応付けられたものである。本テーブルを基に、条件を絞り込んでいくことで、最適運転条件を抽出することができる。ここで、最適運転条件のカラムにあるSはスピードを、Bはブレーキを指している。このテーブルではブレーキは、ONとOFFしかないが、多段階でブレーキをかける場合は、それぞれの段数毎にこのテーブルのレコードを作成するとよい。

図8は本実施例の全体処理である。まず、車内情報収集処理(S0001)にて車上のリアルタイムスピード情報、乗車率情報、GPS情報を収集する。それらの収集された情報を収集情報パッキング処理（S0002）にて地上側に送信するための形式にパッキングを行う。次に、パッキングされた情報を列車情報送信処理（S0003）にて3Gや無線を介して地上側へと送信する。走行中列車の情報は膨大であるが、地上送信前に情報をパッキングすることで、より迅速な処理が可能となる。パッキングとは2進数の膨大なデータのうち、その後の処理に必要な部分や、データが実際に入っている部分もしくは変動した部分についてのデータを抽出（それ以外を排除）してデータサイズを最小限にし、送信可能な形式に圧縮する処理である。

ここまでの処理は図2内の列車情報部104で行われる。送信された情報は図2の列車情報受信部106で受信され(S0004)、各テーブルに蓄積される(S0005)。次に、図2の列車情報計算部112で行われる車間距離計算、ダイヤ変更有無判定、静的（Static）運転条件計算、動的（Dynamic）運転条件計算を行うために必要な情報をDB群より抽出する(S0006)。抽出されたGPS情報を用いて、まず車間距離計算(S0007)を行い、前車との車間距離を算出する。

その後、事故や車両故障により、当日ダイヤの変更が発生していないかの判定(S0008)を行う。これは地上装置に接続される運行管理システム（不図示）と連携することで、ダイヤ変更の情報を得る。ダイヤの変更が発生せず、通常通りのダイヤ運行の場合は、Static運転条件計算処理(S0009)を行い、最適運転条件を算出する。当日ダイヤの変更が発生した場合は、DBにアップデートされた最新ダイヤ情報を用いて、Dynamic運転条件計算処理(S0010)を行って最適運転条件を算出する。車間距離計算については図9、Static運転条件計算処理については図10、Dynamic運転条件計算処理については図11にて詳細を説明する。特殊ケース（本実施例ではダイヤの変更有無）を判定して別計算とし、通常ダイヤ時にはあらかじめ作成したテーブル(図2の最適スピード条件DB111)を適用して計算を行うことで、より処理の高速化が可能となる。次に、Static運転条件計算処理及び、 Dynamic運転条件計算処理によって算出された最適運転条件は再度、図2の列車情報受信部106より車上に送信され(S0011)、運転席にあるディスプレイに表示(S0012)される。

図9は図8内の車間距離計算処理の処理詳細である。まず、運転指示を送る該当車nとその1つ前を走行する列車n-1のGPS情報をDBより取得(S0101)する。2車のGPS情報を比較し(S0102)、該当車と前車との車間距離を算出(S0103)する。これまでリアルタイムでの車間距離を把握できなかったが、この処理により可能となり、ラッシュ時にはさらに密な運行などが可能となる。

図10は図8内のStatic運転条件計算処理の詳細である。本処理では処理時間を短縮するため、図7に示すような最適運転条件テーブルをあらかじめ保持しておき、走行条件や環境に応じて絞込みを行い、最適運転条件を算出する。絞込み条件は車種や走行ルートなど、選択条件が限られている車両情報の絞り込みから行い、リアルタイムの乗車率や走行位置などの各時間でのユニーク情報にシフトすることで処理時間の短縮が可能となる。

具体的にはまず、車種判定処理(S0201)、ルート判定処理(S0202)、上り下り判定処理（S0203）を行う。ここでは、GPSから現在の走行位置を判別し、さらにルート、上り下り判定から進行方向の路線状況（傾斜、カーブ具合など）を算出する。続いて、リアルタイムの情報にシフトし、車間距離判定処理(S0204)、時刻表と現在走行位置とのずれの度合いを判定する処理（S0205）、乗車率判定処理(S0206)、走行位置判定処理(S0207)を行い、図7のテーブル中に示しているように「○キロまで加速する、ブレーキはOFF」といった最適運転条件を算出(S0208)する。

図11は図5内のDynamic運転条件計算処理の詳細である。事故や車両故障の影響でダイヤが乱れている場合は、本Dynamic運転条件計算処理に分岐する。まずDBより取得済みの最新のダイヤ情報を取得し(S0301)、リアルタイム情報より算出した結果を用いた車間距離判定処理(S0302)、乗車率判定処理(S0303)、走行位置判定処理(S0304)を行い、最適運転条件を算出(S0305)する。ダイヤが乱れた混乱時にはいち早く正常な運行へ戻すこと、かつ乗客に不自由をかけないため、迅速な運行矯正が要求されるが、地上でしか分からない最新のダイヤ情報を計算処理に組み込むことで少しでも早く運行のずれを解消できる運転条件を算出することが可能となる。

１０１ 列車
１０２ 地上装置
１０３ 車上装置
１０４ 列車情報部
１０５ ネットワーク
１０６ 列車情報送受信装置
１０７ 最新ダイヤテーブル
１０８ 乗車率テーブル
１０９ GPSテーブル
１１０ スピードテーブル
１１１ 最適運転条件テーブル
１１２ 列車情報計算部
１１３ 運転席ディスプレイ装置

Claims (6)

1. 列車の走行情報に基づいて運行に関する情報を表示する運行関連情報表示方法であって、
   前記走行情報を、前記列車が当該走行情報を取得したタイミングで順次ネットワークを介して列車外のサーバに送信する走行情報送信ステップと、
   前記サーバにて、前記走行情報から列車の運行に関する情報を生成する運行関連情報生成ステップと、
   前記生成した運行に関する情報を前記列車に送信する運行関連情報送信ステップと、を備え、
   前記サーバは、前記列車の走行状態と当該走行状態における前記運行に関する情報とが対応付いた運転条件テーブルを備えており、前記運転条件テーブルは、車種、ルート、上下、車間距離、ずれレベル、乗車率、位置情報における路線状況、運転条件の情報を対応付けて記憶し、
   前記運行関連情報生成ステップは、前記走行情報と、前記運転条件テーブルとから、前記運行に関する情報を生成し、
   前記走行情報は、前記列車の位置情報、スピード情報、乗車率情報を含み、
   前記運行関連情報生成ステップは、前記列車のダイヤ情報から当該列車の前を走行する先行列車を特定し、当該先行列車の位置情報と前記列車の位置情報から前記列車と前記先行列車との車間距離を算出し、
   前記運転条件テーブルと、前記車間距離と、前記位置情報と、前記スピード情報と、前記乗車率情報とを用いて、車種判定処理、ルート判定処理、上下判定処理、車間距離判定処理、時刻ずれ判定処理、乗車率判定処理、走行位置判定処理により、路線状況及び乗車率を考慮した運転条件を算出し、運転席のディスプレイ装置が、前記運転条件を表示することを特徴とする運行関連情報表示方法。
2. 請求項１に記載の運行関連情報表示方法において、
   前記路線状況には、傾斜が含まれていることを特徴とする運行関連情報表示方法。
3. 請求項１に記載の運行関連情報表示方法において、
   前記走行情報送信ステップでは、列車の機器から取得した情報をパッキングしてから前記車外のサーバに送信することを特徴とする運行関連情報表示方法。
4. 車上装置と地上装置とを用いて列車の走行情報に基づいて運行に関する情報を表示する運行関連情報表示システムであって、
   前記車上装置は、
   前記走行情報を、前記列車が当該走行情報を取得したタイミングで順次ネットワークを介して列車外の地上装置のサーバに送信する走行情報送信処理部と、
   前記地上装置から送信される支援情報を表示する表示部と、を備え、
   前記地上装置は、
   前記走行情報から列車の運行に関する情報を生成する列車情報計算部、
   を備え、
   前記地上装置は、前記列車の走行状態と当該走行状態における前記運行に関する情報とが対応付いた運転条件テーブルを備えており、前記運転条件テーブルは、車種、ルート、上下、車間距離、ずれレベル、乗車率、位置情報における路線状況、運転条件の情報を対応付けて記憶し、
   前記列車情報計算部は、前記走行情報と、前記運転条件テーブルとから、前記運行に関する情報を生成し、
   前記走行情報は、前記列車の位置情報、スピード情報、乗車率情報を含み、
   前記列車情報計算部は、前記列車のダイヤ情報から当該列車の前を走行する先行列車を特定し、当該先行列車の位置情報と前記列車の位置情報から前記列車と前記先行列車との車間距離を算出し、当該車間距離と前記運転条件テーブルとから前記列車の運行に関する情報を生成し、
   前記運転条件テーブルと、前記車間距離と、前記位置情報と、前記スピード情報と、前記乗車率情報とを用いて、車種判定処理、ルート判定処理、上下判定処理、車間距離判定処理、時刻ずれ判定処理、乗車率判定処理、走行位置判定処理により、路線状況及び乗車率を考慮した運転条件を算出し、
   運転席のディスプレイ装置が、前記運転条件を表示することを特徴とする運行関連情報表示システム。
5. 請求項４に記載の運行関連情報表示システムにおいて、
   前記路線状況には、傾斜が含まれていることを特徴とする運行関連情報表示システム。
6. 請求項４に記載の運行関連情報表示システムにおいて、
   前記走行情報送信処理部は、列車の機器から前記走行情報を取得し、当該走行情報をパッキングしてから前記車外のサーバに送信することを特徴とする運行関連情報表示システム。

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