首都圏鉄道における旅客流動の再現と運行スケジュールの評価 07D8104019G 松本 徹朗
中央大学理工学部情報工学科 田口研究室 2011 年 3 月
あらまし：電子時刻表をもとに時空間ネットワーク を構築し，首都圏の鉄道の運行を表現する．次に，
Dijkstra
法を用いて旅客流動を再現し，そのシミュレーション結果から，
JR
京浜東北・根岸線，JR
中 央・総武線各駅停車，JR山手線の3
路線の役割を 分析する．さらに，JR中央線上りの運行状況を推 定し，運行スケジュールを評価する．キーワード：公共交通機関，鉄道ネットワーク，時 空間ネットワーク，Dijkstra法，停車時間関数 1 序論
首都圏の鉄道は目的地への移動手段として，非常 によく利用されている．その一方で，首都圏への人 口集中も原因となり，通勤，通学の時間帯では，混 雑が非常に激しい状況となっている．本研究では首 都圏鉄道ネットワークに対して，時空間ネットワー クを構築し，旅客流動を再現する．そして，各路線 の移動人数を計算し，路線の役割を分析する．さら に，JR中央線上りの駅停車時間を利用者数から計 算して，混雑時の各電車の運行状況を推定し，運行 スケジュールを評価する．
2 首都圏鉄道の時空間ネットワーク 2.1 時空間ネットワークの概要
鉄道ネットワークを，時間軸方向に拡張すること により，空間軸と時間軸上の移動を静的なネットワ ークとして表現したものを時空間ネットワークと 呼ぶ．
2.2 時空間ネットワークの構築
[3]
を参考に，図2.1
で示す 対象範囲（首都圏）にある 132 路線1899
駅で，以下のような 要素を定義して時空間ネット ワークを構築する．時空間ネッ トワークへの拡張の様子を 図2.2
に示す．駅ノード：各駅における各電車 の停車
走行リンク：電車に乗って次の駅へ移動する行動 待ちリンク：駅で次の電車を待つ行動
待ち合わせリンク：駅で待ち合わせを行なう電車に 乗り換える行動
乗換リンク：駅で別の路線に乗り換える行動
図
2.2：時空間ネットワークへの拡張
2.3 構築した時空間ネットワーク 図
1.1
に構築した時空 間 ネ ッ ト ワ ー ク を 示す．平日に運行する 電 車 を 対 象 と し て お り ， 総 ノ ー ド 数 が
922,066，総リンク数
が3,290,322
である．3 旅客流動の再現
3.1 通勤利用者移動データ
本研究では
OD
交通需要として，2005年に実施 された平成17
年大都市交通センサス [1] の鉄道定 期券・普通券等利用者調査を用いて，旅客流動を再 現する．鉄道定期券・普通券等利用者調査には最大2
回の鉄道利用状況と帰宅データが収録されてい る．本研究では各利用者の鉄道利用に関する乗車駅，降車駅，乗車時刻，降車時刻などの情報を用いる．
全電車利用データ
285,785
個のうち，データとし て利用できないものを除いた265,927
個を用いる．3.2 交通量配分 3.2.1 Dijkstra 法
所要時間をコストとした
Dijkstra
法を用いる．3.2.2 利用電車割り当てアルゴリズム
センサスデータから得た
OD
交通需要をもとに 時空間ネットワーク上で交通量配分を行ない，旅客 流動を再現する．各利用者は乗車駅から降車駅まで 所要時間を最小とする最短経路を移動すると仮定 する．ただし，利用者が利用した列車種別と経路，出発時刻をセンサスデータ通りとした上で最短経 路を求める．
3.2.3 乗降者人数計算アルゴリズム
3.2.2
項で求めた各利用者の電車利用データを用いて，各駅での乗降者人数を計算する．
3.3 路線の役割の分析
混雑率が高い
JR
京浜東北・根岸線，JR中央・総武線各駅停車，JR山手線の両方面の乗降者人数 から各路線の役割を分析する．
JR
京浜東北・根岸線 南行路線：
埼玉県と東京都を結ぶ放射線 東京都と神奈川県を結ぶ放射線 北行路線：神奈川県と東京都を結ぶ放射線 JR
中央・総武線各駅停車 西行路線：
千葉県と東京都を結ぶ放射線 都心部の駅間を結ぶ路線JR中央線下りの緩行電車
東行路線：
東京都郊外と都心を結ぶ路線 都心部の駅間を結ぶ路線 JR
山手線：両方面とも放射線である他の路線が 運んできた利用者を目的駅，もしくは都心へ行く ためのハブ駅へ運ぶ路線．ただし，各方面で利用 傾向が異なる（図3.1）．なお，時計回りに運行す
る路線が外回り路線である．外回り路線：環状線の東京駅側を多く利用
図
2.1：対象範囲
図
1.1：時空間ネットワーク
内回り路線：環状線の新宿駅側を多く利用
図
3.1：利用者数の傾向
4 JR 中央線上りの運行スケジュールの評価 4.1 JR 中央線の現状
JR
中央線は日本の鉄道の中では定時性があまり 良くない路線で，通勤時間帯の遅延が頻繁に発生す る．また，列車種別が多様であることや支線が多い ことから運行形態が複雑になり，遅れの回復が困難 な路線である．4.2 各停車駅での停車時間の分析 4.2.1 停車時間関数
大戸ら [2] によって，モックアップ車両を用い た乗降速度に関する実験が行われている．この実験 によって得られた結果に車内の混雑による影響を 加味して，駅における停車時間
t
を導出する関数を) 2 ( 7908 . 0 ) 2 ( 0031 .
0 x z
2x z
t [秒] (1)
) 5 , 007 . 0
min( e
0.002yz (2)
と定義する．ここで，x
は最も混雑した扉の乗降者
人数，y
は車内人数，z
は一時降車人数である．
また，(2) 式は一時降車人数が表
4.1
のようになる と仮定したときの近似曲線から得られた式である．なお，中央線の乗車率
100%
の時の車内容量は1424
人とする．また，一時降車人数は最大でも5
人と仮定する（図4.1）
．表
4.1：車内人数と一時降車人数
車内人数（人） 一時降車人数（人） 乗車率（%）
2136.0 1 150
2563.2 3 180
2848.0 5 200
図
4.1：車内人数と一時降車人数の関係
4.2.2 各停車駅での停車時間
(1)
式を用いて，JR中央線上りの午前6
時から 午前9
時の間に始発駅を発車する電車の各停車駅 での停車時間を求める．列車種別ごとの各停車駅で の平均停車時間を示す．図
4.2：平均停車時間
4.3 運行スケジュールの評価 各 停 車 駅 で
の 停 車 時 間 と 各 駅 間 の 所 要 時 間 を 用 い て 各 電 車 の 運 行 ダ イ ヤ を 作 成 し，運行スケジ ュ ー ル を 評 価 する．ただし，
運 行 ダ イ ヤ を 作成する際に，
停 車 時 間 と 所 要 時 間 を 用 い て 算 出 し た 停 車 駅 の 到 着 時
刻が運行ダイヤよりも早く到着する場合，運行ダイ ヤの到着時刻をその停車駅の到着時刻とする．対象 となる時間帯に運行している電車の列車種別ごと の電車数と終着駅到着時刻の差の平均を表
4.2
に，終着駅到着時刻の差の分布を図
4.3
に示す．終着駅 に2
分以上遅れて到着する電車が多いことから，運 行スケジュールの見直しを行なうべきであると言 える．特に快速の運行ダイヤには遅れを調節する時 間を取り入れる必要がある．5 結論
本研究では，電子時刻表を用いて首都圏鉄道の時 空間ネットワークを構築し，
OD
交通需要をもとに 旅客流動を再現することにより，JR京浜東北・根 岸線，JR
中央・総武線各駅停車，JR
山手線の役割 を分析した．さらに，JR中央線上りで乗車人数，降車人数，車内人数の
3
つのデータから各停車駅で の停車時間を計算し，各駅間の所要時間も用いて通 勤時間帯の運行スケジュールを評価した．その結果，通勤時間帯に多く運行している快速電車の終着駅 到着時刻の差が大きかったことから，運行スケジュ ールの見直しを行なう必要があることがわかった．
6 参考文献
[1] 運輸政策研究機構，平成 17
年大都市交通センサス，財団法人 運輸政策研究機構，東京，
2007．
[2] 大戸弘道ほか，鉄道駅における旅客流動に関す
る研究 その8 乗降速度に関する実験，日本
建築学会大会学術講演梗概集，E-1， pp.845-846．
[3] 田口東，首都圏電車ネットワークに対する時間
依存通勤交通配分モデル，日本オペレーション ズ・リサーチ学会和文論文誌，48
巻，pp.85-108，
2005．
図
4.3：差の分布
列車種別 電車数 到着時刻の差の平均
快速
63 3分13秒
中央特快
3 3分53秒
通勤特快
5 1分36秒
表
