JP6420714B2 - 鉄道地上設備の保守支援システム、保守支援方法、及び保守支援プログラム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道地上設備の保守支援システム、保守支援方法、及び保守支援プログラムに関する。

鉄道地上設備の保守支援システムは、鉄道の運行を円滑に行うため、地上設備の監視、点検、交換といった保守作業を支援するためのシステムである。鉄道地上設備には様々な設備が存在し、例えば、信号関連では、信号機、転てつ器、警報機、遮断機など、線路関連では、レール、枕木、分岐器など、電力関連では、き電線、トロリー線などが挙げられる。これら設備の保守については、従来は基本的に一定期間経過した時に交換する運用（時間基準保全）を行っていたが、近年は設備の状態をセンサ等で常時監視を行い、一定の基準を超えたら、もしくは一定の基準を超えることが予想された場合に交換する運用（状態基準保全）に変わろうとしている。この点、例えば特許文献１には、電力会社の送電用架線金具の腐食を予測するために、標高と海岸距離といった地形情報、および濡れ時間といった環境情報をもとに金具の腐食速度を推定して余寿命を予測している。

特開２００７−２６３９２３号公報

しかしながら特許文献１に記載の技術は、電力の送電用架線金具に対する劣化予測方法であり、鉄道分野での適用方法については想定していない。特に鉄道地上設備に関する劣化予測については触れていない。鉄道地上設備については、設置環境だけでなく、設備設置場所近辺の列車運行状況も同様に劣化に影響すると考えられており、特許文献１ではこうした観点にはまったく触れていないという課題がある。

本発明は上記の、及び他の課題を解決するためになされたものでその一つの目的は、保守対象設備が設置されている環境等の影響を加味して鉄道地上設備の劣化を適切に予測することを可能とする鉄道地上設備の保守支援システム、保守支援方法、及び保守支援プログラムを提供することにある。

前記課題を解決するために本発明の一態様は、鉄道地上設備の保守支援システムであって、複数の地点において観測された天候及び当該地点の地理的条件に関する情報を含む環境情報を記憶している環境情報記憶部と、鉄道地上設備の経時劣化と環境情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備の設置位置に近接する位置で記録された前記環境情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した環境情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測するように構成された環境負荷推定部と、鉄道の各線区で運行される列車の線区内の複数地点における走行状態と輸送量とを含む輸送情報を記憶している輸送情報記憶部と、鉄道地上設備の経時劣化と輸送情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備が属する線区に関する輸送情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した輸送情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測するように構成された輸送負荷推定部と、前記環境情報及び輸送情報から求められた鉄道地上設備の経時劣化度合いとを加算するように構成された総合負荷推定部とを備えている。

本発明によれば、保守対象設備が設置されている環境等の影響を加味して鉄道地上設備の劣化を適切に予測することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道地上設備の保守支援システムの構成例を示す図である。 図２は、図１のシステムのハードウェア構成の一例を示す図である。 図３は、点検情報テーブル１１２の構成例を示す図である。 図４は、環境情報テーブル１１３の構成例を示す図である。 図５は、変換情報テーブル１１７の構成例を示す図である。 図６は、設定情報データ１１０の構成例を示す図である。 図７は、第１実施形態の処理フロー例を説明するためのフローチャートである。 図８は、本発明の第２実施形態に係る鉄道地上設備の保守支援システムの構成例を示す図である。 図９は、輸送情報テーブル６０３の構成例を示す図である。 図１０は、第２実施形態の処理フロー例を説明するためのフローチャートである。 図１１は、結果出力部１０４の出力例であって、設備劣化に関する設備への負荷量を示す特性図の一例である。 図１２は、本発明の第３実施形態に係る鉄道地上設備の保守支援システムの構成例を示す図である。 図１３は、第３実施例の処理フロー例を説明するためのフローチャートである。 図１４は、本発明の第４実施形態に係る鉄道地上設備の保守支援システムの構成例を示す図である。 図１５は、業務情報テーブル１１０３の構成例を示す図である。 図１６は、第４実施形態の処理フロー例を説明するためのフローチャートである。 図１７は、本発明の第５実施形態に係る鉄道地上設備の保守支援システムの構成例を示す図である。 図１８は、周辺設備情報テーブル１３０４の構成例を示す図である。 図１９は、環境劣化モデルテーブル１３０８の構成例を示す図である。 図２０は、第５実施形態の処理フロー例を説明するためのフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明につきその実施形態に即して説明する。以下の説明において、同一の符号を付した部分は同一の要素を表し、その基本的な構成及び動作は同様であるものとする。

第１実施形態
まず、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、鉄道地上設備の保守計画等を支援するために、保守対象となる地上設備の周辺における環境情報に基づき、当該地上設備の劣化を予測するものである。

図１は、本実施形態による鉄道地上設備の保守支援システム１の構成例を示す構成図である。保守支援システム１は、例えば図２に例示するハードウェア構成を有するコンピュータである保守支援装置１００を備える。図２において、保守支援装置１００は、ＣＰＵ等のプロセッサ１１、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するメモリ（主記憶デバイス）１２、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、半導体ドライブ（ＳＳＤ）等を有する補助憶デバイス１３、キーボード、マウス、タッチパネル等を備える入力デバイス１４、液晶表示装置、プリンタ等を備える出力デバイス１５、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の通信回線
を通じて他の機器との接続を可能とするインタフェース回路である通信インタフェース１６、及びこれらの要素を相互に接続するバス１７等の情報処理資源を備える。

保守支援装置１００に劣化予測処理を実行させるためのデータは、入力デバイス１４を通じて入力してもよいし、通信インタフェース１６を介して外部機器から転送してもよい。本実施形態では、後述する各種データ、例えば点検情報データ１０８、環境情報データ１０９、計算管理部１０２の動作を規定するための設定情報データ１１０が、通信インタフェース１６に接続された端末装置を通じて入力されるものとする。

プロセッサ１１は、メモリ１２に格納されたプログラムに従って、本実施形態のシミュレーション処理を実行する演算実行部として機能する。図１に示すように、メモリ１２には、外部から入力された情報を補助記憶デバイス１３に記録するための点検情報記録部１０６、環境情報記録部１０７、変換情報記録部１１８、計算管理部１０２の動作を規定する設定情報データ１１０を受け付ける設定入力部１０３と、プログラム実行に必要な情報を補助記憶デバイス１３から抽出する点検情報抽出部１１４と、環境情報抽出部１１５と、位置変換記録部１１６と、計算処理を行う環境負荷推定部１０５と、計算処理の実行管理を行う計算管理部１０２を実現するための１つ以上のコンピュータプログラムが記憶される。この際、プロセッサ１１が、メモリ１２内に格納されている計算管理部１０２を実行することにより、メモリ１２に記憶されている各プログラムが適宜呼び出され、各部に付加された機能（プログラムとしての機能）を発揮することができる。

次に、図１を参照して各プログラムの機能を説明する。点検情報記録部１０６は、端末装置から点検情報データ１０８が入力された場合、補助記憶デバイス１３内に点検情報テーブル１１２として記録するための機能である。同様に環境情報記録部１０７は、端末装置から環境情報データ１０９が入力された場合、補助記憶デバイス１３に環境情報テーブル１１３として記録するための機能であり、変換情報記録部１１８は、端末装置から変換情報データ１１９が入力された場合、補助記憶デバイス１３に変換情報テーブル１１７として記録するための機能を有する。なお、例えば点検情報データ１０８について、簡単のため、以下単に点検情報と呼ぶこととする。本実施形態、後述する他の実施形態での処理実行に使用する各情報についても同様である。

点検情報抽出部１１４は、計算管理部１０２の指示に従い、該当する点検情報１０８を点検情報テーブル１１２の中から検索し、抽出するための機能である。同様に環境情報抽出部１１５は、計算管理部１０２の指示に従い、該当する環境情報１０９を環境情報テーブル１１３から検索・抽出する機能であり、位置変換抽出部１１６は、該当する変換情報１１９を変換情報テーブル１１７から検索・抽出する機能である。

環境負荷推定部１０５は、設備の点検情報１０８と設備の周囲の環境情報とに基づき、該当する設備の環境による劣化の進行度合いを推定する機能を有する。当該設備の位置が、当該設備が属する鉄道線区のキロ程（当該鉄道線区の起点からの距離）で管理されている場合には、後述する変換情報テーブル１１７を参照して位置情報の変換を行い、当該設備から近い位置で取得された環境情報を利用する。

計算管理部１０２は、後述の図７に例示するフローチャートに従って、それぞれのプログラムを実行し、所定の処理を行うための機能を有する。計算管理部１０２は設定入力部１０３の設定内容に基づき図７のフローチャート通りに処理を行い、結果出力部１０４にて処理結果を出力する。

設定入力部１０３は、例えば入力デバイス１４から入力される設定情報１１０の内容を受信し、計算管理部１０２に渡すための機能を有する。設定入力部１０３では、劣化予測
を実行する対象の地上設備を選択することができる。また設定入力部１０３では、劣化予測の処理実行を計算管理部１０２に命令することもできる。

次に、本実施形態の処理に使用する情報について説明する。図３は、点検情報テーブル１１２の構成例を示す図である。点検情報テーブル１１２（点検情報記憶部）は、鉄道地上設備について実施した点検の内容を格納している。図３において、点検情報テーブル１１２の各エントリを構成する情報は、設備ＩＤ２０１、種別ＩＤ２０２、線区ＩＤ２０３、キロ程２０３、点検日２０４、及び点検値２０５の各項目から構成される。設備ＩＤ２０１は、点検対象となった設備を識別するための識別符号である。種別ＩＤ２０２は、対応する設備の種別を表す識別符号である。線区ＩＤ２０３とキロ程２０４は当該設備が設置されている場所を示したものであり、本例では該当設備が設置されている線区の起点からの道のりを示すキロ程で表している。点検日２０５は当該設備に対する点検を実施した年月日を表したものであり、その時の点検値が点検値２０６で示されたものである。この点検値２０６は設備の種別ごとに異なっていてもよい。例えば種別ＩＤ２０２が遮断機である情報に対応する点検値２０６は、遮断機の動作完了までの時間とすることができる。一方、種別ＩＤ２０２が線路である場合の点検値２０６は、レールの腐食度合と設定することができる。なお、本実施形態では点検値２０６は１つの情報について一つである例で説明しているが、点検値２０６は種別ごとに複数設定されても良い。例えば種別ＩＤ２０２が線路である場合については、レールの腐食度合と、摩耗量の２つの点検値を記録してもよい。

次に、環境情報テーブル１１３について説明する。図４は、環境情報テーブル１１３の構成例を示す図である。環境情報テーブル１１３（環境情報記憶部）は、種々の地点の地理的条件と、そこで経時的に収集される気温、降水量等の気象データの集積である。図４において、環境情報テーブル１１３の各エントリは、地点ＩＤ３０１、地点３０２、標高３０３、年月日３０４、天気３０５、最高気温３０６、最低気温３０７、降雨／降雪量３０８、及び日射量３０９の各項目から構成される。地点ＩＤ３０１は、当該環境情報が取得された地点を識別するための識別符号であり、環境情報１０９を相互に識別するために用いられる。地点３０２は地点ＩＤ３０１で特定される地点の地球上の位置を示す情報であり、本例では緯度経度で表している。標高３０３は地点ＩＤ３０１で特定される地点の標高を示している。年月日３０４は対応する環境情報が観測された日を表しており、天気３０５、最高気温３０６、最低気温３０７、降雨／降雪量３０８、及び日射量３０９は、その日の観測結果を示している。なお、図４の例では、過去に観測された環境情報１０９について説明したが、地上設備の将来の劣化予測を行うため、各地点における未来の環境情報１０９も同様に蓄積しておく。未来の環境情報１０９は、過去の観測データに基づいて統計的に得られる予測値とすることができる。

次に、変換情報テーブル１１７について説明する。図５は、変換情報テーブル１１７の構成例を示す図である。変換情報テーブル１１７（変換情報記憶部）は、保守の対象となる地上設備のキロ程によって示される位置と、環境情報テーブル１１３の取得地点を示す位置とを対応付けるために用いられる。図５において、変換情報テーブル１１７の各エントリは、線区ＩＤ１８０１、キロ程１８０２、位置１８０３の各項目から構成される。線区ＩＤ１８０１は、鉄道線区を相互に識別するための識別符号である。なお、線区が上下線別に管理されている場合は、ここの線区ＩＤ１８０１にて、上下別のＩＤで管理してもよい。キロ程１８０２は、対応する線区ＩＤ１８０１で特定される線区における起点からの道のりを示している。位置１８０３は、対応するキロ程を地球上の絶対位置、図５の例では緯度経度で表した数値が示されている。この変換情報テーブル１１７を使うことで、劣化予測を行う地上設備のキロ程と地球上での絶対位置とが対応付けられるため、劣化予測を行う地上設備について適用すべき環境情報１０９を取得することが可能となっている。

次に、設定情報１１０について説明する。図６は、設定情報１１０の構成例を示す図である。設定情報１１０は、本実施形態の保守支援装置１００によって実施しようとする劣化予測処理の内容を含み、入力デバイス１４等から入力されたデータが、設定入力部１０３を介して受信される。図６において、設定情報１１０は、予測期間４０１、対象設備ＩＤ４０２、時間刻み４０３の各項目から構成される。予測期間４０１は、実行しようとする劣化予測の実行期間を示している。対象設備ＩＤ４０２は、劣化予測を行う対象設備の設備ＩＤを示している。なお対象設備については１つだけでなく、複数選択してもよい。時間刻み４０３は、劣化予測を行うときの時間刻み（劣化予測処理実行のインターバル）を示したものである。

次に、以上説明した情報に基づいて実行される、本実施形態における鉄道地上設備の劣化予測処理について説明する。図７は、第１実施形態の処理例を説明するためのフローチャートである。図７の処理フローは、保守支援装置１００の計算管理部１０２が各プログラムを実行させることによって行われる。まず、装置１００の電源投入後、入力デバイス１４等からの処理実行命令を受信して計算管理部１０２が処理を開始すると（Ｓ５００）、設定入力部１０３は、設定情報１１０に格納されているデータを読み込み、対象設備ＩＤ４０２を参照して対象設備の設定を実行する（Ｓ５０１）。次いで、設定入力部１０３は、点検情報抽出部１１４を介して点検情報テーブル１１２を参照して、対象設備に対応する点検情報１０８の内容を取得する（Ｓ５０２）。これにより、対象設備についての直近過去の点検値が、劣化予測のための基準値として与えられる。次いで、設定入力部１０３は、設定情報１１０に記録されている予測期間により劣化予測処理を実行する期間を劣化計算期間として設定する（Ｓ５０３）。また、設定入力部１０３は、設定情報１１０から時間刻み設定を取得する（Ｓ５０３）。以上の設定内容は設定入力部１０３から計算管理部１０２に渡され、以下の処理フローが実行される。

まず、計算管理部１０２は、環境情報抽出部１１５を介して、設定情報１１０の予測期間４０１にて指定された予測開始時点に該当する環境情報１０９を取得する（Ｓ５０４）。この際、計算管理部１０２は、処理対象設備に最も近い地点で記録された環境情報１０９を取得するために、変換情報テーブル１１７を利用する。すなわち、当該設備に該当するキロ程を点検情報テーブル１１２から取得し、そのキロ程にもっとも近いレコードを変換情報テーブル１１７から探索し、取得した位置をその設備の位置として、環境情報テーブル１１３から該当する環境情報１０９を取得する。次に、環境負荷推定部１０５は、得られた環境情報１０９を基に環境負荷計算を行う（Ｓ５０６）。ここで、環境負荷計算の例を以下に示す。この数式は、各日に生じる温度差によって設備を構成する機材の負荷が累積していく例を示している。

ここで、環境負荷とは、具体的には、対象設備が線路であればレールの腐食度合いであ
り、環境負荷推定部１０５は、点検情報テーブル１１２における直近過去の点検情報１０８から該当設備の腐食度合い点検値を取得し、現在までの環境情報１０９及び現在から予測期間始期までの環境情報１０９推定値を利用して、予測期間始期における点検値を初期値として算出する。次いで、環境負荷推定部１０５は、設定情報１１０に記録された時間刻み毎の環境負荷を算出し、予測計算期間の終期が到来するまで負荷計算を反復実行し（Ｓ５０７，Ｎｏ）、終期が到来したと判定した場合には劣化推定結果を出力して処理を終了する（Ｓ５０７，Ｙｅｓ、Ｓ５０８、Ｓ５０９）。劣化推定結果は適宜の形式で出力すればよく、例えば予測計算期間に対する環境負荷の予測値を表形式で示す、予測計算期間に対する環境負荷の累積値をヒストグラムでグラフィックに出力することなどが考えられる。

本実施形態によれば、鉄道地上設備に対し、設置環境の影響を考慮した劣化予測をすることが可能となる。

第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の環境情報に加えて、対象地上設備が属する鉄道線区を運行される列車の輸送情報も活用した地上設備の劣化予測を行うものである。なお、第１実施形態と同じ要素、処理の部分については、重複を避けるために説明を省略し、第２実施形態の特徴部分について説明する。

図８は、本実施形態に係る鉄道地上設備の保守支援システム１の構成例を示す図である。保守支援システム１の中核である保守支援装置１００は図２に例示したハードウェア構成を有するコンピュータであるが、輸送負荷を推定するための輸送負荷推定部６０２、輸送負荷と環境負荷とを統合して推定するための総合負荷推定部６０１と、輸送負荷推定の基礎情報である輸送情報６０５を入力管理するための、輸送情報記録部６０４、輸送情報テーブル６０３、輸送情報抽出部６０６を備えている点が、第１実施形態と異なる。

輸送負荷推定部６０２は、入力デバイス１４あるいは通信インタフェース１６を介して入力される輸送情報６０５に基づいて鉄道地上設備の劣化を推定する機能を有する。輸送負荷とは、例えば列車通過に伴いレールに加えられる重量負荷等を意味し、輸送負荷推定部６０２は輸送情報６０５に基づいて重量負荷等の計算を実行することができる。

輸送情報記録部６０４は、入力された輸送情報６０５を輸送情報テーブル６０３に記録するための機能を有する。輸送情報抽出部６０６は、計算管理部１０２の指示に従い、該当する輸送情報６０５を抽出するための機能を有する。

次に、輸送情報テーブル６０３について説明する。図９は、輸送情報テーブル６０３の構成例を示す図である。輸送情報テーブル６０３（輸送情報記憶部）は、特定の鉄道線区を運行される各列車の種々の地点における走行状況を記録してなり、列車ＩＤ８０１、線区ＩＤ８０２、駅間ＩＤ８０３、年月日８０４、時刻８０５、キロ程８０６、速度８０７、加減速度８０８、及び輸送量８０９の各項目により構成されている。列車ＩＤ８０１は列車を相互に識別するための識別符号である。線区ＩＤ８０２は対象線区を相互に識別するための識別符号であり、駅間ＩＤ８０３は対応する列車が在線している駅間を特定するための識別符号である。例えば、図８の輸送情報６０３上で線区ＩＤ８０２、キロ程８０６を指定すると、その地点を通過する列車の列車ＩＤ８０１、通過する年月日８０４、時刻８０５、速度８０７、加減速度８０８、及び輸送量８０９を取得することができる。輸送量８０９については、各列車の輸送人数であっても、輸送重量であっても、列車重量を含めた総重量のいずれであってもよい。なお、特定線区の特定時刻における列車の走行状態（速度、加減速度）は、列車運行図表、及び各列車の運転曲線から取得することができるので、年月日８０４、時刻８０５との対応により将来運行予定の列車についても、あら
かじめ輸送情報テーブル６０３に設定可能である。速度８０７は、例えば列車重量がレールに作用する時間の指標であり、加減速度８０８は、列車の車輪踏面によるレールの摩耗に関する指標を与える。列車の走行状態は、過去に運行された列車に関しては、実際の運行管理記録から取得することもできる。輸送量８０９についても、輸送実績値を用いてもよいし、輸送計画値を用いてもよい。

次に、本実施形態で実行される処理について説明する。図１０は本実施形態の処理を実現するフローチャートの一例を示したものである。図１０のフローチャートの基本構成は第１実施形態の場合と同様であるが、輸送情報６０５を利用する処理の部分が異なる。以下には、この輸送情報６０５に関する部分についてのみ説明する。図１０を参照すると、Ｓ５０６の環境負荷計算に続いて、計算管理部１０２は、輸送情報抽出部６０６を介して輸送情報６０５の取得を行う（Ｓ７０１）。ここでは、輸送情報抽出部６０６は、対象設備の付近を通過する線区を設備に対応付けられているキロ程と比較することにより検索して取得している。本実施形態では、輸送情報抽出部６０６が点検情報テーブル１１２から対象設備に対応する線区ＩＤとキロ程とを特定し、輸送情報テーブル６０３の中から、線区ＩＤ、キロ程、輸送負荷推定を実行する時間刻み範囲にある通過列車を全て抽出し、その輸送量の集計結果により輸送負荷の計算を実行する（Ｓ７０２）。輸送負荷は、例えば次式で計算することができる。
係数βは、特定の地上設備に対して輸送量が与える影響実績に基づいて適宜決定することができる。計算管理部１０２は、この輸送負荷をすでに算出されている環境負荷に加算することにより総合負荷を算出する（Ｓ７０３）。例えば地上設備が線路であり、劣化予測対象がレールの摩耗である場合、ある期間の予測環境負荷が０．５ｍｍ、予測輸送負荷が０．７ｍｍであったとすれば、対応する総合負荷は両者の和として１．２ｍｍと求められる。総合負荷の計算は、Ｓ５０６の判断ステップにより、予測計算期間が終了するまで反復実行される。

次に、本実施形態における結果出力部１０４の出力例について説明する。図１１は、本実施形態の結果出力部１０４によって出力される設備劣化に関する設備の負荷量を示す特性図の例である。例えばレールの摩耗に関する予測計算結果であるとすれば、グラフ８０の中に、輸送負荷８１による摩耗量と、環境負荷８２による摩耗量とがそれぞれ示されるとともに、その合計として総合負荷量が示されている。なお、図１１の例では、予測計算された本負荷量を、他の同種の負荷量と容易に比較することができるように、他の同種設備に関して予測計算された結果の平均値である他平均劣化度８３についても重畳させて表示を行っている。他平均劣化度８３は、計算管理部１０２が実行して記録している過去の予測計算結果から算出することができる。図１１に例示するように、各予測計算時点での負荷量の内訳を示すことで、どのような要因が劣化の進行に寄与しているかを容易に判定することができるようにしている。また他の同種の設備と劣化の進行度合いを比較することができるので、設備設置場所が劣化に与える影響等を分析することもできる。

本実施形態によれば、鉄道地上設備に対し、環境の影響と、輸送の影響を両方考慮した劣化予測をすることが可能となる。

第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、環境情報と輸送情報とを組み合わせた第２実施形態においてさらに、予測対象となる地上設備設置地点を通過する列車の挙動による設備劣化への影響を加味して予測精度をさらに向上させようとするものである。以下、第１、及び第２実施形態と同じ要素、処理の部分については重複を避けるために説明を省略し、本実施形態の特徴部分について説明する。

図１２は、第３実施形態に係る鉄道地上設備の保守支援システム１の構成例を示す図である。図１２のシステム１が有する保守支援装置１００の構成は概ね第２実施形態のものと同様であるが、列車挙動推定部９０１を備えている点が異なる。この列車挙動推定部９０１は、環境情報１０９及び輸送情報６０５を用いて対象設備を通過する列車の挙動を模擬して、その挙動が設備の劣化に与える影響を推定する機能を有する。列車挙動推定部９０１により、例えば強風時に列車を構成する車両が動揺することによる線路に与える影響、勾配で列車が空転、あるいは滑走することによるレールに与える影響等の要素を予測計算に取り入れることができる。なお、これらの列車挙動推定に必要な追加情報は、あらかじめ環境情報１０９、輸送情報６０５に記録しておくものとする。例えば強風時の列車挙動を加入する場合には環境情報１０９に風速（m/s）の項目を設け、列車の滑走、空転の
影響を加入する場合には、輸送情報６０５に線路勾配（‰）の項目を設けておく。

次に、第３実施形態において実行される処理について説明する。図１３は第３実施形態の処理を実現するフローチャートの一例を示したものである。図１３のフローチャートの基本構成は第２実施形態の場合と同様であるが、列車挙動計算を実行するステップ（Ｓ１００１）の部分が異なる。以下には、この列車挙動計算ステップＳ１００１に関する部分についてのみ説明する。図１３を参照すると、列車挙動推定部９０１は、Ｓ５０６で取得した環境情報１０９と、Ｓ７０１で取得した輸送情報６０５とを用いて、列車挙動推定の計算を実行する。例えば列車の空転滑走については、以下に例示する確率式により列車ごとに空転滑走が発生する確率である期待空転滑走量を求める。

期待空転滑走量 ＝ Σ（Pr(天気、勾配、車種)）
Pr(天気、勾配、車種)：事前観測に基づいた、確率式
計算の一例としては、輸送情報テーブル６０３から抽出される各列車について上記確率式を適用し、空転滑走発生確率を求め、当該列車の輸送量に空転滑走確率を乗じて得られる輸送負荷の増分に対して空転滑走時の経験的な負荷増加量（例えば空転滑走によるレール摩耗量の増加）を乗じて、劣化予測に加味することができる。なお、上式において、車種の項目は、一般に、列車に含まれる動力車の割合により空転滑走発生確率が変化するのを反映させるためである。

以上説明したように、第３実施形態によれば、列車挙動による影響も加味して鉄道地上設備の負荷量を予測計算することができる。

第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の環境情報に加えて、対象地上設備に対して実施した保線・信号保守・列車運行安全上の各種業務に関する情報をさらに活用して地上設備の劣化予測を行うものである。なお、第１実施形態と同じ要素、処理の部分については、重複を避けるために説明を省略し、第４実施形態の特徴部分について説明する。

図１４は、本実施形態に係る鉄道地上設備の保守支援システム１の構成例を示す図である。保守支援システム１の中核である保守支援装置１００は図２に例示したハードウェア構成を有するコンピュータであるが、地上設備に対して実施した業務内容を記録した業務情報１１０５を業務情報テーブル１１０３に記録する機能を有する業務情報記録部１１０４、業務情報テーブル１１０３から劣化予測に必要な業務情報１１０５を抽出する機能を有する業務情報抽出部１１０２、及び抽出した業務情報１１０５を用いて対象地上設備に与える業務負荷を算出する機能を有する業務負荷推定部１１０６を備えている点が、第１実施形態と異なる。業務情報抽出部１１０２が抽出した業務情報１１０５は、計算管理部１０２に渡される。

次に、業務情報１１０５について説明する。図１５は、業務情報１１０５を格納している業務情報テーブル１１０３（業務情報記憶部）の構成例を示す図である。業務情報１１０５には、線区ＩＤ１６０１、キロ程１６０２と、年月日１６０３、時刻１６０４、及びそれらで特定される線区上の場所、日時に実施した作業の内容を示す作業内容１６０５の各項目が記録されている。

次に、本実施形態で実行される処理について説明する。図１６は本実施形態の処理を実現するフローチャートの一例を示したものである。図１６のフローチャートの基本構成は第１実施形態の場合と同様であるが、業務情報１１０５を利用する処理の部分が異なる。以下には、この業務情報１１０５に関する部分についてのみ説明する。Ｓ５０６で環境負荷計算を実行した後、業務情報抽出部１１０２は、対象設備の位置付近で、予測期間中に作業した作業内容を、業務情報テーブル１１０３から線区ＩＤ１６０１、キロ程１６０２、年月日１６０３、時刻１６０４に基づいて抽出する（Ｓ１２０１）。業務負荷推定部１１０６は、抽出した業務情報１１０５の中から、劣化予測計算に関係する項目について、業務負荷を計算する（Ｓ１２０２）。例えば凍結防止剤の散布による影響については、次式でその影響を定量化する。

業務による腐食負荷＝γΣ（凍結防止剤平均散布量）
γ：レールの腐食と凍結防止剤平均散布量との相関を表す係数
その後、総合負荷推定部６０１が、算出された環境負荷と業務負荷とを合算して総合負荷とし、以後予測計算期間が終了するまで反復して総合負荷の算出を実行する（Ｓ５０７の判断ステップ）。

以上説明したように、本実施形態によれば、地上設備の周囲環境の状況によって発生した業務による鉄道地上設備の劣化も劣化予測に反映させることができる。

第５実施形態
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、ある鉄道地上設備の劣化状況を推定する際に、対象設備に関する環境情報が利用できない場合でも、近傍の鉄道地上設備の劣化の経緯から、その地点付近の環境情報を推定することで、環境負荷を計算する例を示している。なお、第１実施形態と同じ要素、処理の部分については、重複を避けるために説明を省略し、第５実施形態の特徴部分について説明する。

図１７は、第５実施形態に係る鉄道地上設備の保守支援システム１の構成例を示す図である。保守支援システム１の中核である保守支援装置１００は図２に例示したハードウェア構成を有するコンピュータであるが、第１実施形態の環境情報に関する処理を実行する機能部、データに代えて、周辺設備情報設定部１３０５、周辺設備情報テーブル１３０４、周辺設備検出部１３０３、環境劣化モデル設定部１３０９、環境劣化モデルテーブル１３０８、環境劣化モデル取得部１３０７、及び環境情報推定部１３０２を備えている点が
、第１実施形態と異なる。周辺設備情報設定部１３０５は、後述する周辺設備情報１３０６が設定入力部１０３から入力されるのを受けて、周辺設備情報１３０６を周辺設備情報テーブル１３０４に記録する機能を有する。周辺設備検出部１３０３は、劣化予測計算の対象となっている地上設備の設置箇所に基づいてその周辺にある他の地上設備に関する情報を周辺設備情報テーブル１３０４から検出する。一方、環境劣化モデル設定部１３０９は、環境劣化モデル１３１０を設定するための機能であり、環境劣化モデルテーブル１３０８に蓄積された環境劣化モデル１３１０は、環境劣化モデル取得部１３０７にて取得されて、計算管理部１０２に渡される。

図１８は、周辺設備情報テーブル１３０４（周辺設備情報記憶部）の構成例を示している。周辺設備情報１３０６は、設備ＩＤ１７０１、線区ＩＤ１７０２、設置キロ程１７０３、及び種別ＩＤ１７０４の各項目を備えている。設備ＩＤ１７０１は、周辺設備を特定するための識別符号、線区ＩＤ１７０２は対応する設備ＩＤ１７０１で特定される周辺設備が設置されている線区を示す。設置キロ程１７０３は該当線区での周辺設備の設置場所を示し、種別ＩＤ１７０４は対応する周辺設備の機器種別である。

図１９は、環境劣化モデルテーブル１３０８の構成例を示している。環境劣化モデルテーブル１３０８（環境劣化モデル記憶部）に記録されている各エントリである環境劣化モデル１３１０は、識別符号であるモデルＩＤ１９０１、対象設備を特定する種別ＩＤ１９０２、説明変数１９０３、及び関数形態１９０４の各項目を備えている。説明変数１９０３は、対応する機器種別に関し、環境劣化に影響する主要な因子を列挙してなる。図１８の例では、種別ＩＤ１９０２が「架線」である場合、劣化に影響する主要な要因として、風速及び温度差があげられている。関数形態１９０４の項目には、説明変数１９０３で列挙された因子が設備の劣化とどのように関連付けられるかを、関数形態で示している。図１８の例では、架線の劣化は、作用する風速と温度差との積の累積に対応して進行することが記録されている。

次に、本実施形態で実行される処理について説明する。図２０は本実施形態を実現するフローチャートの一例を示したものである。図２０のフローチャートの基本構成は第１実施形態の場合と同様であるが、周辺設備情報１３０６及び環境劣化モデル１３１０を利用する処理の部分が異なる。以下には、この相違部分についてのみ説明する。なお、本実施形態の場合、第１実施形態の処理において環境情報抽出部１１５が対象設備に対応する環境情報１０９の取得を試みた結果、該当する環境情報１０９を取得することができなかったという事象が前提となる。

図２０を参照すると、Ｓ５０４の時間刻み設定に続いて、計算管理部１０２は、周辺設備検出部１３０３を介して予測計算対象となっている地上設備の線区ＩＤとキロ程とに基づいて、周辺にある最も近い他の地上設備の設備ＩＤ１７０１及び種別ＩＤ１７０４を、周辺設備情報テーブル１３０４から抽出する（Ｓ１４０１）。次いで、環境劣化モデル取得部１３０７は、取得した周辺設備について、環境情報を推定するための環境劣化モデル１３１０を、環境劣化モデルテーブル１３０８から取得する（Ｓ１４０２）。例えば、ある線区の特定箇所にある線路について劣化予測を実行しようとして、対応する環境情報が得られなかったとする。この場合、周辺設備検出部１３０３は、その周囲にある他の地上設備を周辺設備情報テーブル１３０４で検索する。その結果、例えば設備として架線が抽出されたとすると、環境劣化モデル取得部１３０７は、環境劣化モデルテーブル１３０８から架線に該当する環境劣化モデル（図１９ではモデルＩＤ「Ｍ０１」）を取得する。

次に、環境情報推定ステップであるＳ１４０３では、環境情報推定部１３０２が、取得した環境劣化モデル１３１０を使い、その設備の劣化状況をもとに、劣化予測対象の地上設備に関する環境成分の劣化を推定する。具体的には、最初に劣化予測をしようとしてい
る設備の種別ＩＤを参照し、劣化を予測する説明変数を特定する。図１９の例では、対象の設備が線路であれば、説明変数は温度差である。一方、すでに取得している周辺設備が架線であるとすれば、図１９より説明変数は風速及び温度差である。他の地上設備である架線について劣化予測計算がされていれば、その出力値は図１９の関数形態１９０４で規定されているように、風速と温度差との積の累積値である。したがって、得られている劣化予測計算値から風速による成分を除外した残りが、温度差の寄与分となる。したがって、架線に関する温度差と劣化度合いとの関係が既知であるから、線路の劣化予測に必要な温度差という環境情報が逆算できるのである。このことは、図１１に例示した環境負荷と輸送負荷との総合負荷による劣化予測結果を、環境劣化の因子の総和に置き換えると容易に理解できるであろう。図２０の処理フロー例では、以降、この環境情報を用いて対象設備の環境負荷計算を実行して予測計算を完了させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、劣化予測計算対象の地上設備関する環境情報が直接的に取得できない場合であっても、近隣の他の設備に関して算出された劣化度合いを利用して必要な環境情報を逆推定することができ、もって所望の設備の劣化予測計算を実行することができる。

以上のように、本発明の実施形態によれば、保守対象設備が設置されている環境等の影響を加味して鉄道地上設備の劣化を適切に予測することが可能となる。また、劣化予測の対象である設備についての環境情報が得られない場合であっても、周辺の他の設備に関する劣化予測結果から、必要な環境情報を推定することができ、もって劣化予測処理を実行することができる。

本発明の技術的範囲は上記の実施形態に限定されることはなく、他の変形例、応用例等も、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内に含まれるものである。

１ 保守支援システム １００ 保守支援装置
１０２ 計算管理部 １０３ 設定入力部 １０４ 結果出力部
１０５ 環境負荷推定部 １１２ 点検情報テーブル
１１３ 環境情報テーブル １１７ 変換情報テーブル
６０１ 総合負荷推定部 ６０２ 輸送負荷推定部
６０３ 輸送情報テーブル ９０１ 列車挙動推定部
１１０３ 業務情報テーブル １１０６ 業務負荷推定部
１３０２ 環境情報推定部 １３０４ 周辺設備情報テーブル
１３０８ 環境劣化モデルテーブル

Claims (8)

1. 鉄道地上設備の保守支援システムであって、
   複数の地点において観測された天候及び当該地点の地理的条件に関する情報を含む環境情報を記憶している環境情報記憶部と、
   鉄道地上設備の経時劣化と環境情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備の設置位置に近接する位置で記録された前記環境情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した環境情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測するように構成された環境負荷推定部と、
   鉄道の各線区で運行される列車の線区内の複数地点における走行状態と輸送量とを含む輸送情報を記憶している輸送情報記憶部と、
   鉄道地上設備の経時劣化と輸送情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備が属する線区に関する輸送情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した輸送情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測するように構成された輸送負荷推定部と、
   前記環境情報及び輸送情報から求められた鉄道地上設備の経時劣化度合いとを加算するように構成された総合負荷推定部と、
   を備えている鉄道地上設備の保守支援システム。
2. 請求項１に記載の鉄道地上設備の保守支援システムであって、
   前記特定された劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備に近接する位置で記録された環境情報が列車の走行状態に与える影響を算出するように構成された列車挙動推定部を備え、
   前記輸送負荷推定部は、前記列車挙動推定部により算出された環境情報が列車の走行状態に与える影響を含めて前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測するように構成されている、
   鉄道地上設備の保守支援システム。
3. 鉄道地上設備の保守支援システムであって、
   複数の地点において観測された天候及び当該地点の地理的条件に関する情報を含む環境情報を記憶している環境情報記憶部と、
   鉄道地上設備の経時劣化と環境情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備の設置位置に近接する位置で記録された前記環境情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した環境情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測するように構成された環境負荷推定部と、
   鉄道の各線区で実施される鉄道設備に関する業務の実施時期と実施内容とを含む業務情報を記憶している業務情報記憶部と、
   鉄道地上設備の経時劣化と業務情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備が属する線区に関する業務情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した業務情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測するように構成された業務負荷推定部と、
   前記環境情報及び業務情報から求められた鉄道地上設備の経時劣化度合いとを加算するように構成された総合負荷推定部と、
   を備えている鉄道地上設備の保守支援システム。
4. 鉄道地上設備の保守支援システムであって、
   複数の地点において観測された天候及び当該地点の地理的条件に関する情報を含む環境情報を記憶している環境情報記憶部と、
   鉄道地上設備の経時劣化と環境情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備の設置位置に近接する位置で記録された前記環境情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した環境情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測するように構成された環境負荷推定部と、
   鉄道の各線区に設置されている鉄道地上設備の設置位置と当該鉄道地上設備の種類を示す情報である種別情報とを記憶している設備情報記憶部と、
   前記鉄道地上設備の種別ごとに当該鉄道地上設備の経時劣化に影響を与える環境情報中の環境因子と、当該環境因子と経時劣化との関係を表す関係式を記憶している環境劣化モデル記憶部と、
   前記特定された劣化予測対象である鉄道地上設備に関する環境情報を取得することができない場合、前記設備情報記憶部から当該鉄道地上設備に近接している他の種別の鉄道地上設備を取得するとともに、当該鉄道地上設備に関する環境因子と経時劣化との関係を表す関係式を環境劣化モデル記憶部から取得し、取得した関係式から当該鉄道地上設備と関係のない環境因子を除外することにより当該鉄道地上設備に関する環境情報を推定するように構成された環境情報推定部と、
   を備えている鉄道地上設備の保守支援システム。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の鉄道地上設備の保守支援システムであって、
   前記各線区のキロ程と地上の絶対位置との対応関係を記憶している変換情報記憶部を備え、
   前記環境負荷推定部が、前記特定された劣化予測対象である鉄道地上設備が設置されているキロ程を、前記変換情報記憶部を参照して地上の絶対位置に変換し、変換後の絶対位置に基づいて環境情報を取得する、鉄道地上設備の保守支援システム。
6. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の鉄道地上設備の保守支援システムであって、
   前記鉄道地上設備の劣化度合いを判定するための基準となる判定値と判定時期とを記憶している点検情報記憶部を備え、
   前記環境負荷推定部が、前記判定時期から劣化予測実行期間の始期における前記劣化度合いを判定するための判定値を前記関係式によって算出し、当該算出した判定値に基づいて劣化予測実行期間に渡る劣化度合いを算出する、
   鉄道地上設備の保守支援システム。
7. 鉄道地上設備の保守支援方法であって、プロセッサとメモリとを有するコンピュータが、
   複数の地点において観測された天候及び当該地点の地理的条件に関する情報を含む環境情報を記憶し、
   鉄道地上設備の経時劣化と環境情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備の設置位置に近接する位置で記録された前記環境情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した環境情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測し、
   鉄道の各線区で運行される列車の線区内の複数地点における走行状態と輸送量とを含む輸送情報を記憶し、
   鉄道地上設備の経時劣化と輸送情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備が属する線区に関する輸送情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した輸送情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測し、
   前記環境情報及び輸送情報から求められた鉄道地上設備の経時劣化度合いとを加算する、
   鉄道地上設備の保守支援方法。
8. 鉄道地上設備の保守支援プログラムであって、プロセッサとメモリとを有するコンピュータに、
   複数の地点において観測された天候及び当該地点の地理的条件に関する情報を含む環境情報を記憶させ、
   鉄道地上設備の経時劣化と環境情報との関係を表す関係式を記憶させ、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備の設置位置に近接する位置で記録された前記環境情報を、劣化予測実行期間にわたって取得させ、取得した環境情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測させ、
   鉄道の各線区で運行される列車の線区内の複数地点における走行状態と輸送量とを含む輸送情報を記憶させ、
   鉄道地上設備の経時劣化と輸送情報との関係を表す関係式を保持しており、劣化予測を実行しようとする対象である鉄道地上設備の特定を受けて、当該鉄道地上設備が属する線区に関する輸送情報を、劣化予測実行期間にわたって取得し、取得した輸送情報と前記関係式とにより前記鉄道地上設備の経時劣化度合いを予測させ、
   前記環境情報及び輸送情報から求められた鉄道地上設備の経時劣化度合いとを加算させる、
   鉄道地上設備の保守支援プログラム。