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図1 東京電車特定区間における2026.3運賃改定での値上率((改定後(幹線)÷改定前(東京電車特定区間)-1)×100) |
編み物の部屋
最近の関心ごとは、JR East Train Simulator およびこれを活用した省エネ運転についてです。
2025年8月9日土曜日
定期乗車券の割引率について(5)
2023年3月21日火曜日
北海道ボールパークへの交通アクセスについて(2)
前回記事を投稿して以降、北海道ボールパーク付近に設置する新駅設置費用の高騰に伴い、位置をずらす選択肢について報道があった(JR北綿貫社長 新球場隣の新駅、「場所をずらすことも含め検討」…費用の増大に北広島市議会が難色を示し)。これを受けて、西の里信号場が俄かに話題に上がったこともある(例えば「西の里信号場復活か…?」)。筆者としては、西の里信号場とボールパークとの距離が約2㎞もあり、北広島駅とさして変わらない位置に新駅を作る意義が薄いようにも思えるが、ボールパーク新駅の機能のうち、列車の追い抜きを西の里信号場に持たせる選択肢までは否定できないと考える。
本稿では、西の里信号場が機能を開始した平成4年(1992年)頃の計画にに立ち戻り、なぜこの信号場を設置したのか、推測を試みることにする。
まず早速だが、千歳線の配線図が現況とほぼ同じ形になった平成6年頃の配線図及び当時考えていたであろう用途を図示する。
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図1:平成6年(1994年)ダイヤ改正時点での千歳線の配線概略及び想定用途図 |
平成6年といえば、スーパー北斗がデビューした時期であり、JR北海道が千歳線での特急列車高速化に対し、最も意欲的であった時期と言って差支えなかろう。この頃すでに、711系を千歳線の普通列車から(朝ラッシュ時を除き)撤退させるなど、千歳線の輸送力を限界まで高めようという方針が垣間見える。一方で、貨物列車はDF200形ディーゼル機関車の生産が始まったばかりで、すぐには貨物列車を高速化できる状況ではなかった。このような状況下で、千歳線に副本線を持つ駅を増やす計画を立てたということは、特急列車(スーパー北斗)と貨物列車との速度差が最も大きかった時期に立案されたと言えよう。当時の速度差を可能な限り再現するとともに、それを当時のダイヤパターンに落とし込むことを念頭に置いて作成したのが図2である。
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図2 平成6年(1994年)当時の、各待避設備の用途を想定するための仮想ダイヤ。 |
図1は、図2の16時15分ごろ及び16時45分ごろを念頭に作成した図である。特急列車(青色)と貨物列車(一点鎖線)との間の速度差は、特に新札幌~北広島で顕著に発生していることが見て取れる。新札幌→北広島の約11kmを、特急列車(※当時は、新札幌駅を通過)は約5分半(平均120km/h)、貨物列車は約13分(平均50km/h)かけて走行することとなり、これだけ大きな速度差と所要時間差とを念頭にダイヤを組む苦労が偲ばれる。このような状況下では、上野幌~北広島の8kmにも及ぶ駅間に、信号場を設置したいという発想は決して不自然ではないだろう。
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図3:昭和60年(1985年)頃を念頭に作成した千歳線の配線図(一部推測を含む)。 |
昭和60年の時点で、北広島駅の線路附番規則は現在(札幌方面が3・4番線)とは反対向き(札幌方面が1番線)であった上、現1番線(当時の4番線)はまだ無かったのである。北広島駅の現3番線(当時の2番線)が、上下線どちらからでも出入りできる構造になっているのは、現1番線増設前の名残と考えられる。
2023年3月9日木曜日
北海道ボールパークへの交通アクセスについて(1)
この記事をお読みの皆様には周知の事実とは思うものの、北海道ボールパークの工事が着々と進んでいる。一方で、ボールパークへの交通手段については未定もしくは未判明の部分も多い。本記事では取り急ぎ、鉄道によるアクセスについて、現時点で可能な範囲で取りまとめていく。
まず、ボールパークへの最寄り駅は北広島駅であり、ボールパークからは徒歩にして約20分を要する見込みである。ボールパーク新駅の計画こそあるものの、開業には早くとも令和9年度(2027年度)末までかかる模様である。また、最近になって概算工事費が当初想定の4割増しとなったことも記憶に新しい。ボールパーク新駅をもっと簡素なつくりに出来ないのか、という声もあろうが、過去に同様の趣旨で記事を起こした際と状況は変わっていない。快速列車が12分間隔で走行し、ボールパーク新駅に各駅停車が停まる場合、特急列車は徐行運転を強いられることになる。上野幌の中線を苫小牧方面に譲る仮定を置く限り、特急を高速走行させるためには、北広島→白石のどこかにもう1か所待避設備が必要となる。こうした背景から、ボールパーク新駅には(西の里信号場を無理矢理復活させない限り)副本線設置が必要となった状況である。本稿では新駅に関しては記事を別建てすることとし、今回はこれ以上の深入りを避ける。
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図1:時刻表に記載のある野球臨を、筆者の想定を含め図示したもの。 |
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図2 3両編成2本を連結し、1時間近く札幌駅構内に存在する列車があるので、これ(赤枠)を活用することを想定する。 |
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図3 札幌20:49着の普通列車(緑枠)はUシートが無いので野球臨に適しているようにも見えるが…… |
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図4 緑枠の列車は札沼線に向かってしまうので、その分は手稲から(Uシート有でも構わないので)回送する必要がある(図1で言う回5639M)。赤枠の列車(2816M)に充当するはずの編成はこの時点で白石→苗穂間を野球臨として走行中なので、代わりに手稲行きの回送列車(青枠)を充当することになると想定した。 |
想定内容は図の脚注通りであるから再掲は避けるが、20時以降に札幌駅に到着する列車のうち、なるべくUシートの無い列車を充当することを想定している。なお、図2~図4はてんぽく先生の作品である「札幌駅2022秋」から拝借したものである。
さて、北海道ボールパークFビレッジへの鉄道アクセスについてに記載のある「この他、試合終了時刻にあわせた臨時快速列車を1本運転します。」はどこに留置しておく想定なのだろうか。そもそも、時刻表に記載のある野球臨は北広島駅の3番線(札幌方面の副本線)で折り返す可能性が高い。これは、北広島駅の2番線(苫小牧方面の副本線)がその場での折り返し運転に対応していないこと、島松駅の2番線まで行って戻って来ようとすると1時間で1往復するのが難しいこと、これら2つが原因として挙げられる。ここで、島松駅の4番ホーム(札幌方面の副本線)はバリアフリー工事に起因して閉鎖されており、使用されていないという実態を紹介したい。しかし、筆者がこれまで何度か視認する限り、4番ホームは確かに閉鎖されていても、4番線の線路までは撤去されていないので、「試合終了時刻に合わせた臨時快速列車」は、試合終了まで島松駅の4番線に留置しておくのでは、という仮説を提示したい。なお、北広島駅の3番線は時刻表に記載のある野球臨で埋まってしまっているので、島松駅の2番線はダイヤ乱れ時に普通列車を入線させ、北広島駅の代わりに優等列車を待避するのに使うためにあえて空けておくことを想定した。
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図5:北広島駅付近各駅の配線略図及び想定用途。図示したすべての駅で、向かって上側が1番線である。 |
ここまで、いわゆる野球臨を具体的に設定する方法を、筆者なりに想定して記載した。輸送力にして毎時9本×約800人(Uシート有6両編成の定員)=7,200人/hを確保しており、JR北海道にしてはかなりの大盤振る舞いである、というのが筆者の感想である。欲を言えば、普通列車の白石待避は有効列車が減るので避けて欲しかったのが本音であるが……。ただし、北広島市の想定では鉄道の輸送分担率は35%であり、球場が満員になった場合は約13,500人(うち札幌方面11,500人)を鉄道で輸送する必要がある。このような事態が生じた場合は、乗車率が200%近くに達することは想像に難くないし、試合終了直後の列車では収容しきれない可能性が高い。野球観戦しているファンの心情と相反することを前提として書くが、延長戦を制して勝つような試合展開は、鉄道輸送を考えると非常に苦しい、と言わざるを得ない状況のように見受けられる。
なお、バス輸送については「北広島駅までのシャトルバス」「その他の駅までの路線バス」の二つに分けて論じる必要があるように見受けられるし、むしろバス輸送の方が深刻な問題を孕んでいるようにも見受けられるが、筆を改める形で別途取りまとめることとしたい。
2023.03.11追記2022年10月30日日曜日
2022年11月の京急線ダイヤ改正について(1)
2022年10月16日日曜日
JR東日本トレインシミュレータ(JR East Train Simulator)で遊んでみた(3)
今回の記事の趣旨は、JR East Train Simulator で運転できる路線のうち、京浜東北線の大宮~南浦和の区間について、最も省エネルギーとなる運転方法について追求することである。本稿では前提として、「等増分消費エネルギー則による運転時分配分を行う」「速度によらず、機器効率は92.5%、ギア効率は97.0%とする」「加速中の架線電圧は列車の位置や速度によらず1350Vとする」「補機(冷房等)による消費電力量は考慮せず、純粋に走行のみに起因するものを対象とする」「回生ブレーキによる負の消費電力量は評価しない(※ブレーキの効きとしては評価する)」「個々の運転曲線は、最大加速→惰性走行→最大減速(1段制動、残り10m程度から多段緩め)を原則とする」を置く。
では早速、大宮~南浦和の5つの駅間について、消費電力量を縦軸、運転時分を横軸に取って図示する。
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図1 縦軸に消費電力量、横軸に運転時分を取った、両者の関係図(いわゆるW-T曲線) |
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図2 図1を作成する際に用いた運転曲線の一例(さいたま新都心→与野) |
縦軸に消費電力量、横軸に運転時分を取り、運転曲線を複数通り作成した上でプロットすると、傾きが負で下に凸の曲線が得られる。回生電力量を考慮しない場合の消費電力量は、概ね最高速度の二乗に比例する上、最高速度を上げれば上げるほど惰性走行の時間が短くなるので、グラフの左側では傾きが急になる現象がみられる。
ここでは、大宮~南浦和の運転時分の合計を一定値としたとき、各駅間に何秒ずつ割り付けるのが最も省エネルギーであるかを論じる。この仮定は、「採時駅である大宮駅の発時刻と南浦和駅の着時刻を固定した状態で、各駅に何秒早着(もしくは延着)するのが最も省エネルギーであるか」を論じているのと同等である。「省エネルギーな列車ダイヤ作成のための簡易数理モデル」によれば、図1で言う曲線の接線の傾きがすべて同じとなる状態が、最も省エネルギーな運転時分配分とされる。図1においては、所与の運転時分に対するグラフの傾きを図示したが、大宮~さいたま新都心~与野は傾きが緩やか(運転時分が余る)で、与野~北浦和~浦和~南浦和は傾きが急(運転時分が足りない)という傾向がみられる。これらの傾向を基に、「接線の傾きがすべて同じとなる状態」を再現すると下記のようになる。
表1 運転時分の割り付け変更に伴う省エネ効果。元々の運転時分(※10月3日のアップデート以降)の配分は比較的理にかなっており、割り付けを変更した際の省エネルギー効果は思ったほど大きくはなかった。
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図3 接線の傾きが全て同じになるよう運転時分を調整した状態。 |
次回は、高速域で回生ブレーキ力が不足することに起因する、ブレーキパターンの見直しによる効果について考察する予定である。
2022年10月4日火曜日
JR東日本トレインシミュレータ(JR East Train Simulator)で遊んでみた(2)
今回筆を起こした背景は、前回記事のリリース後、本シミュレーターの2022年10月3日のアップデートの影響を受け、浦和~南浦和の運転時分が20秒も短縮になったので、ランカーブを慌てて書き直したことにある。
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図1: 区間運転時分の変更(2'10"→1'50")に伴う運転曲線の変更 |
ノッチオフ速度を43km/hから63km/hに変更した程度で運転時分が20秒も変わるのか、と聞かれると、この図の通り「変わる」というのが答えである。ノッチオフ速度と言うよりは、その先の下り勾配による運動エネルギーの加算により、巡航速度が55km/h程度から70km/h程度にアップする、という言い方が正確かもしれない。
この区間の運転時分を20秒詰める代わりに、最高速度が1.5倍近くになっている。運動エネルギーを速度二乗で近似すると、2倍近くの消費電力量になると推測できる。もっとも、この区間に関してはアップデート前が遅すぎた説が有力なので、運転シミュレーションとしてみれば妥当な変更だろう。
この区間の運転時分変更に伴う、大宮~南浦和の各区間への所要時間の割り付け方に関する方向性の考え方については、今後の課題とする。
閑話休題 このシミュレーターは、バグなのか不明だが逆走が可能である。逆走は駅を平然と通過できるので、例えば浦和→大宮の中距離電車を逆向きに眺めた結果を近似的に再現できる。この際の運転曲線の、実測値と当方で考える理論値を図示したのが以下のグラフである。
あとがき ところで、このゲームのリリース以来、掲示板では様々な議論が交わされているものの、浦和~南浦和で運転時分が余る、という報告は上がっていないと認識している。同区間の運転時分は、いったい何をきっかけに見直すことになったのだろうか……?
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図2: 浦和→大宮を逆走して得られた結果。走行抵抗に若干の過小(70km/h付近)・過大(100km/h付近)の見積もりが見られると思われる。今後、これらの整合を取るための走行試験が必要と思われる。 |
2022年9月25日日曜日
JR東日本トレインシミュレータ(JR East Train Simulator)で遊んでみた(1)
令和4年9月20日のこと、「JR東日本トレインシミュレーター」がリリースされた。 記事執筆時点でプレイ可能な路線は、京浜東北線の大宮→南浦和の区間と、八高線(+高崎線)の高崎→群馬藤岡の区間である。この記事をご覧になる前に遊びたいという方は、さっそく下記のリンクからアクセスいただきたいものである。
https://store.steampowered.com/app/2111630/JR_EAST_Train_Simulator/
「トレインシミュレーター」シリーズは、向谷実氏が社長を務める「株式会社音楽館」が開発を担当している。過去に発売された作品は、実在の路線を撮影した動画を基に作成されており、電車でGO!!シリーズのように路線自体をCGで再現するものとは根本的に作り方が異なっている。アーリーアクセス版ということで、ゲームの作り込み度合いとしては、改善可能な箇所が多数残されている状態ではあるが、筆者はこの作品が発売にこぎつけたことを高く評価したい。
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図1:与野~北浦和で車両性能をひたすら測定しようとする筆者。この区間で73km/hも出すと大幅に早着する。 |
さて、筆者がこの手のゲームを入手してすぐに行うことは、まず何度も走らせたうえで車両性能を測定し、理論値との答え合わせを行うことである。今回は京浜東北線のE233系1000番台を対象としたが、思った以上に整合性があることが判明したので、まずはお伝えしたい。
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図2:加速する様子を録画してコマ送り再生した上で、横軸に速度、縦軸に加速度×速度二乗を取ったグラフ。理論上は、特性領域で横一直線になる |
列車の加速運動は、発車してからある程度の速度までは等加速度運動で近似できる(①)が、力(N:ニュートン)×速度(m/s)で求められる出力(W:ワット)の制約から、ある一定の速度以上では、出力が一定(つまり、力-加速度は速度に反比例する)になるよう制御される(②)。さらに、ある程度速度が出て来ると、電動機は一切制御されない状態となり、力-加速度は速度の二乗に反比例する(③)ようになる。詳細は運転理論の教科書に譲るが、概ね以下図3及び表1のような関係になる。
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図3:いわゆる速度-引張力曲線の模式図 |
表1:各速度領域の特徴
略称 | 低速域(①) | 中速域(②) | 高速域(③) |
通称 | ・トルク一定領域 ・VVVF制御(電圧、周波数の双方を制御) | ・パワー一定領域 ・定電力領域 ・すべり加減制御 | ・特性領域 |
旧型電車での呼称 | ・抵抗制御 ・直並列制御 | ・弱め界磁制御 | ・特性領域 |
列車運動の特徴 | ・概ね、等加速度運動で近似できる | ・加速度が、概ね速度に反比例する | ・加速度が、概ね速度の二乗に反比例する ※旧型電車の場合、磁気飽和曲線の制約から、この比例関係は割と不正確である。 |
エネルギー消費の特徴 | ・電気抵抗を回路に挟み込んで制御するため、エネルギーの一部は熱として捨てられる(抵抗制御) ・直流から任意の正弦波を取り出して制御するため、車両側でのロスは小さい(VVVF制御) | ・主回路電流が相対的に大きいので、回路の内部抵抗によるロスが相対的に大きい | ・逆起電力の増大に伴い、回路のロスは速度が上がるとむしろ下がる |
電流 | ・一定になるよう制御する | ・主回路の界磁電流もしくは界磁の長さを減ずる(弱め界磁制御) ・一定になるよう制御する(すべり加減制御) | ・理論上は、速度に反比例して下がる |
電圧 | ・回路に挿入する電気抵抗を少しずつ小さくすることで、端子電圧が少しずつ大きくなるよう制御する(抵抗制御) ・電圧V/周波数Fが一定になるよう制御する(VVVF制御) ・結果として端子電圧は概ね速度に比例する | ・一定になるよう制御する(架線電圧がそのまま印加される) | ・一定になるよう制御する(架線電圧がそのまま印加される) |
制約の物理的要因 | ・鉄輪の摩擦限界による上限 | ・電動機の冷却性能(いわゆる連続定格、1時間定格)による上限 | ・電動機の特性による上限 |
今回、「JR東日本トレインシミュレーター」で用いられている車両の性能を細かく調べたところ、業務用シミュレーターだからかどうかは分からないが、思った以上に表3や図1の関係性が再現されていることが分かった。筆者はこれまで、省エネルギーな列車運転の方法論について過去に記事(例えば、計画停電を防ぐ「節電ダイヤ」の方向性について(1))を起こしているが、シミュレーターが実際の物理現象を(ある程度、という但し書きは付くが)再現しているとすれば、シミュレーター上で省エネ運転を検討する際にも非常に有用である。
上記の記事では、「運転時分を最速から5秒程度増やすと2割程度の省エネが実現できる」という書き方をしているが、本シミュレーター(のうち、少なくとも京浜東北線の大宮→南浦和)で設定された運転時分は、最速から15秒近く余裕を持って設定されており、突き詰めて運転すると運転時分が異常なほど余る。そこで筆者は、設定された運転時分を使い切れるようなランカーブを設定するため、大宮~南浦和の全5区間に対し、以下のような図を用意した。
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図4:大宮→さいたま新都心間の運転曲線。速度制限が解除されても、大して加速する必要は無さそうだ。 |
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図5:さいたま新都心→与野の運転曲線。与野駅手前の上り勾配で結構速度が落ちるので、速度選択は慎重に行いたい。 |
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図6:与野→北浦和の運転曲線。この区間は勾配が少ないので、車両性能を測定するのに適している、と筆者個人的には思う。 |
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図7:北浦和→浦和の運転曲線。この区間の余裕時分は(他の区間に比べると)少ないが、浦和駅手前の上り勾配で速度を失いやすい上、その割に惰性走行の区間が長いので、速度選択は慎重に行いたい。 |
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図8:浦和→南浦和の運転曲線。採時駅(南浦和)の手前だからか、余裕時分が長めに取られている。出発してすぐに下り勾配があることもあり、速度選択は慎重に行いたい。 |
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図9:北浦和→与野の運転曲線(図6)と同じケースに対し、縦軸にパワー/質量を、横軸に時間を取って図示した。グラフ上の面積は(単位質量当たりの)消費エネルギーを意味する。 |