鉄道の課題解決に向けて、数式からアプローチする

エネルギーを抑えるか、速度を上げるか

鉄道の運行に欠かせないのは、電力です。そして鉄道会社は、できるだけ少ない電力で効率の良い輸送を求められています。走行速度を落とせば電力は抑えられますが、乗客の利便性を損ないます。しかし速度を上げれば上げるほど、使用電力は増大します。少ない電力エネルギーで効率の良い輸送を行うには、どうすればよいでしょうか。

時刻表は、実は5秒単位

走行中の坂やカーブ、加速や減速すべき場所、停車の際のブレーキをかけるタイミングなどすべてを考慮したうえで、数式によって、最適なスピードと電力エネルギーを導き出す研究が行われています。省電力と効率化の最適解が反映されるのが、時刻表です。いつもあなたが見ている電車の時刻表は、1分単位の表示ですが、実際は「9時8分25秒発」とか、「13時30分50秒に到着」など、5秒単位で定められた運行ダイヤに従って走行しています。5秒どころかたった1秒が、消費電力の大きな差となって表れるものであるため、「時はエネルギーなり」という言葉で言い表すことができます。

「最適」を数式で導き出す

地方には、電化されていない路線がまだ多く残っており、ディーゼルエンジンの車両が走っています。これを、クリーンな乗り物に置き換えるのに、バッテリー電池を積んで走る車両の実用化が進められています。限られた駅でしか充電できないため、どの駅に充電装置を置くか、どのタイミングで充電するか、バッテリー電池の大きさや重さも考えたうえで、数式によって充電装置の最適な配置を計算します。すでに現在、栃木県の烏山線を、蓄電池駆動電車システムを用いたEV-E301系電車が走っています。
エネルギー効率も輸送力も高い鉄道の課題が、輸送力の調整です。特に長距離路線では10両編成の列車が都心も田舎も走るなど、鉄道は乗客の増減に対する微調整ができません。この課題の最適解を導き出すことが、今後の鉄道発展のカギとなります。

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上智大学理工学部機能創造理工学科教授宮武昌史先生

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電気工学、制御工学、システム工学

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メッセージ

高校までの勉強と、大学の学問とは異なります。それまでとは違って、大学ではまるで別次元のような、思いもしないような学問に出会えます。なにしろ、高校まではすでに発見され体系化された内容を学ぶのに対し、大学は教科書どころか、これから世界に発表される最先端の研究がされている場所です。大学教員は、最先端分野の研究者です。その研究者たちが、あなたを学問の最先端に引き込もうとしています。ぜひ大学で、面白いと思える学問を見つけて引き込まれてほしいと思います。

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日本初のカトリック大学として開学し、創立当初から国際性豊かな大学として、外国語教育に重点を置いてきました。留学制度も充実しており、世界約80ヶ国に390校以上にも及ぶ交換留学・学術交流協定校があり、コロナ禍の2020年度、2021年度を除き、毎年約1,000人の学生が世界の様々な国や地域へ留学しています。また、少人数教育も本学の伝統のひとつです。教員と学生の距離が近く、また学生同士が率直に意見を交し合う、きわめて理想的な教育環境が整っています。他者を思いやり、社会に奉仕できる人材を育成します。