乗務員運用計画自動作成アルゴリズム
１．乗務員運用計画とは
ダイヤ改正時には、乗務員（運転士と車掌）の勤務計画を示す乗務員運用計画を作成する必要があります。乗務員運用計画は、乗務員が担当する列車の順序、乗務する区間、乗務開始、終了駅での作業内容などを表す「行路」の構成を決める「行路作成」と、乗務員が勤務する行路の順序と休養日の位置を表す「交番」の構成を決める「交番作成」によって行われます（図１）。
２．自動作成アルゴリズム
● 自動作成の目的
行路、交番のどちらも、規程類に基づく多数の制約条件を考慮する必要があり、そのうえで、必要な乗務員数が少なくなるような、効率性の高い計画を作成することが求められます。現在、多くの路線において乗務員運用計画は計画担当者により作成されていますが、時間と労力を要することから、大きな負担となっていました。そこで、コンピュータ計算による自動作成アルゴリズムを開発しました。 自動作成アルゴリズムにより、計画担当者の大幅な省力化・作業の高速化が可能になるだけでなく、各乗務員区所の乗務可能範囲の見直しや、乗務員区所の統廃合など、様々な運用施策の検討をスピーディーに実施することも可能となります。
● 自動作成アルゴリズムの概要
開発したアルゴリズムでは、数理最適化手法を活用しています。行路作成は「集合被覆問題」と呼ばれる数理モデル、交番作成は「巡回セールスマン問題」と呼ばれる数理モデルを適用し、また前者では「列生成法」と呼ばれる効率解法を併せて適用することで、大規模線区でも高速に計画を自動作成することができます。
３．様々な状況における自動作成アルゴリズム
ダイヤ改正時には、平日ダイヤに対応した計画のみならず、土休日ダイヤに対応した計画も作成する必要があり、その自動作成アルゴリズムの検討もしています。また、ダイヤ改正時のみならず、大規模自然災害の発生後に必要となる、暫定ダイヤを対象とした自動作成アルゴリズムの研究開発も進めています。
参考文献
- 坂口隆、加藤怜、福村直登：要員効率に着目した乗務員運用計画の作成手法、鉄道総研報告、Vol.27、No.2、pp.11-16、2013
- 加藤怜、中東太一、小久保達也：要員数に着目した乗務員運用計画の自動作成手法、JREA、Vol.67、No.8、2024
- 加藤怜、中東太一、小久保達也：要員数の最小化を指向した乗務員運用計画の自動作成アルゴリズム、電気学会論文誌D、Vol.144、No.5、pp.342-352、2024
- 加藤怜、今泉淳、中東太一：災害発生後の乗務員運用計画作成問題に対する列生成アプローチ、電気学会産業応用部門大会、5-12、2024