JR東日本E999系電車
| 運用主体 | 東日本旅客鉄道（JR東日本） |
|---|---|
| 車両種別 | 実験・検証用途の電車（架空体系） |
| 編成 | 9両固定（最大9両想定） |
| 開発目的 | 電力制御の学習最適化と車内快適制御 |
| 主な基礎技術 | 瞬時電流推定・微振動抑制・空調学習 |
| 想定路線 | の計測用区間中心（架空設定） |
| 形式称号の由来 | 「E99×9」が電磁雑音評価の連番として扱われたとされる |
JR東日本E999系電車（JR ひがしにほん イーきゅーきゅーきゅーけいでんしゃ）は、のが保有する実験用車両として位置づけられる電車である。高効率電力制御と、車内環境の「学習」機構を統合した体系として知られている[1]。なお、運用実績の解釈には複数の資料間で差異が指摘されている[2]。
概要[編集]
は、単なる車両形式ではなく、線路・架線・車内機器の「相互作用」を計測し、学習アルゴリズムで最適化するために設計されたとされる電車である。車両の主たる特徴として、走行時に発生する微細な電磁ノイズと乗り心地の相関を、車上のセンサ網で逐次推定する点が挙げられる[1]。
導入の背景には、2000年代後半の「計測コストの高騰」があったと説明されることが多い。そこでJR東日本は、通常の検測列車では不十分とされる領域まで自動計測し、次年度以降の試験計画を自律的に更新できる車両群を構想したとされる[3]。一方で、後述するように形式名の解釈は資料により揺れがあり、編集者間でも「E999は最終版を意味するのか、評価系列の番号なのか」で議論があったとされる[2]。
車内の制御系は、乗車状況を推定するために床下の温度ムラや座席下の圧分布を参照し、空調の風量を「学習係数付き」で切り替える仕組みとして記述されることがある。さらに、ドア開閉による気流の乱れを抑えるため、換気ファンの位相を電力制御に同期させる設計思想があったとされる[4]。
歴史[編集]
誕生：架線“静寂度”プロジェクト[編集]
E999系の起源は、JR東日本の社内委員会であるがまとめた「静寂度スコア」の概念に求められると説明されている。静寂度は、架線に由来する電磁雑音を周波数帯ごとに積分し、さらに乗り心地への影響係数で重み付けした指標であるとされる[5]。
この指標は、1970年代に実施された旧国鉄系の測定手法を、2007年の半導体コスト低下で“実用化した”ものとして語られがちである。ただし、E999系の資料では、半導体低下そのものが主因ではなく、「静寂度を測るための移動計測プロトコルを、車両側が先に学習する必要があった」という反省が強調されている[6]。そのため、車両が走行中に計測器として振る舞う設計が採用されたとされる。
形式番号の「E999」は、対策室の議事録における「評価系列をE99→E990→E999へ発展させる」という記述から来たとする説が多い。実際、試作車の試験データが“E99-0”“E99-1”では運用に耐えず、E99-9でようやく安定したため、次の9段階を丸めて「E999」と呼んだとされる逸話がある[2]。この丸め方が後年の論争を生んだとも指摘されている。
関与：設計者と“学習空調”の共同体[編集]
E999系の設計は、電力制御を担当すると、車内環境の学習制御を扱うが中心となって進められたとされる。両者の間には、最初から“学習”という言葉の意味が異なっていたという。電力側は「電流波形の学習」であり、環境側は「乗客行動の学習」であったためである[7]。
この齟齬を埋めるため、両部門はの試験工区で共同レビューを実施したとされる。レビューは延べ42時間行われ、議題は「風量の学習係数を、電力推定の遅延と同期させるべきか」に集中したという[4]。結果として、風量制御の指令値に“待ち時間補正”を入れる方式が採択され、最終的に、車内温度の収束までの平均時間が1.8分から1.2分へ短縮されたと記録されている（ただし別資料では1.3分とされる）[1]。
また、車体の微振動抑制については、の大学共同研究チームが関与したとされ、台車周りの共振を「音ではなく温度ゆらぎ」で検出する手法が導入されたとされる[8]。この手法は当初“オカルト寄り”と見なされていたが、試験の結果、乗り心地評価アンケートの分散が平均で15%低下したことから、採用が正当化されたと説明される。
社会への影響：遅延ではなく“予告”が増えた時代[編集]
E999系がもたらした影響としてしばしば挙げられるのは、遅延の頻度ではなく「遅延の予告の精度」が改善したという点である。車上学習による電力負荷予測が、駅間の停電リスクや補機負荷の増減を早めに推定し、運行管理へ“前倒しの注意”を出したとされる[3]。
具体例として、構内の切り替えに伴う一時的負荷変動を、E999系は走行開始から23秒後に検出し、通常より“19秒早い”注意表示を出したとする報告がある[9]。さらに、車内では学習空調が先回りで換気パターンを切り替え、駅停車中の不快感の訴え件数が減ったとされるが、ここは資料の記述が揺れる[2]。
一方で、E999系の導入が進むほど、乗客側には「車両が自分を見ているのではないか」という感覚も広がったとされる。JR東日本は説明資料として、学習は個人特定ではなく“環境変数の推定”に留まると繰り返したが、メディア側では“学習する電車”という表現が独り歩きした[10]。結果として、電車の技術史というより、社会が「見られている」感覚をどう処理するかが争点になったとも考えられている。
仕様：数字が“効いている”とされる細部[編集]
E999系の仕様は、百科記事らしく整然としているようでいて、ところどころに“運用者のこだわり”が滲むような書かれ方をしている。例えば、電力制御では、電流推定の更新周期を「7ミリ秒の窓」として運用上は説明する資料が多い[5]。もっとも、別の社内資料では「6.6ミリ秒」とされ、さらに工区によって補正を入れる前提が付されている[7]。
空調制御では、風量段数を固定せず、指令値を0〜255の256段階に分解して“学習係数で滑らかに補間する”方式が採られたとされる。初期設定では係数αが0.73、経験更新の上限を1.15とする設計が記録されている[1]。一見すると細かいが、編集者の一人は「このαの値だけ、なぜか現場の人間が口頭で語っていた」として記述を厚くしたという[2]。
微振動抑制では、台車近傍のセンサが取得する温度ゆらぎを、音響フィルタの代わりに周波数帯へ写像する方式が採用されたとされる。この写像の中心周波数が12.5Hzと書かれている資料と、12Hzとする資料が併存している[8]。いずれにせよ、共振点を外すために減衰量を平均で0.42増やしたと説明されることがある。
さらに、E999系では電磁ノイズの“静寂度スコア”を、走行ログとして車上保存する方式が採用されたとされる。ログは最大で「3,240,000行」まで蓄積でき、車上ではリングバッファ方式であると記載されている[6]。ただし、実際に工区で使われた容量は最大でも2,912,000行だったとされ、仕様と現場運用の差が“嘘っぽさ”を生んだとも指摘される[9]。
運用：どこで走ったのか[編集]
運用については、E999系が単一路線に固定されず、計測目的で複数の区間を“折り紙のように折って”走ったと説明される。とりわけの湾岸部と、内陸側の温湿度差が大きい区間が選ばれたとされる[3]。
報告では、初年度は延べ1,146便に投入されたとされ、平均走行距離は便あたり312.4kmと書かれている[1]。この数字は一見もっともらしいが、別資料では便数が1,139便、距離が308.7kmとされるため、運用実数の再計算が必要とされた形跡がある[2]。
E999系の出力試験は、駅到着30秒前から“静寂度監視モード”へ移行する手順になっていたとされる。ここで面白いのは、運用マニュアルの表現である。監視モードの目的を「不具合予防」ではなく「未来の気配を拾う」と記す版本が存在したとされる[10]。技術者の比喩がそのまま文章化された結果、記事のトーンが妙に文学的になったという内部史が語られることがある。
また、夜間帯では空調の学習更新を抑え、代わりに電力制御の学習を優先する運用が採用されたとされる。理由は、夜間の乗車人数が少なく、空調データの信頼区間が狭まるためであると説明される[5]。この“信頼区間”の計算式が、なぜか講習資料だけ古い表記（第◯巻第◯号形式）で残っていたとされる点が、編集の現場で話題になったという。
批判と論争[編集]
E999系は、技術的には先進的とされながらも、制度面で批判を受けたとされる。主な論点は、車上の学習が“安全上必要な最適化”に留まっているのか、“運行管理の判断へ過剰に介入している”のかであった[10]。
監査側は、E999系が生成する予告アラートの根拠を、数値ログだけでは説明しにくい点を問題視した。具体的には、注意表示の前提となる静寂度スコアが、乗り心地データの重み付けを含むため、第三者が再現計算しづらいという指摘が出たとされる[7]。
さらに、乗客のプライバシーに関しては、床下圧分布や温度ムラの推定が“個人特定に使われない”設計とされたにもかかわらず、メディアでは「車両が人の生活リズムを覚える」と報じられた[3]。この報道を受け、JR東日本は説明会を複数回開催したとされ、周辺の会場では参加者アンケートの回収数が「予定の1.6倍」だったとする記録がある[6]。
なお、論争の決定打として語られるのは、ある記者が「E999系の数字は“999”だから終末を暗示しているのでは」と書いた記事である。これに対しJR東日本は形式番号の由来を評価系列と説明したが、以後も“終末号”という通称が一部で残ったとされる[2]。この通称は技術と無関係と見なされる一方で、対外的には妙に広まりやすかったとも言われる。
脚注[編集]
関連項目[編集]
脚注
- ^ 佐藤礼二『静寂度スコアの設計思想：E系列の車上学習』交通技術出版社, 2012.
- ^ Margaret A. Thornton「On In-Car Comfort Learning in Railway Vehicles」『International Journal of Rail Systems』Vol. 18, No. 4, pp. 221-247, 2014.
- ^ 高橋康介『JR東日本における電力制御の逐次推定』電気学会出版部, 2010.
- ^ 琳琳・李『空調位相同期と換気学習の実装例』空調学会, 第23巻第2号, pp. 55-73, 2013.
- ^ 田中宏樹『架線由来ノイズの評価と車内相関』日本鉄道計測学会『鉄道計測論集』第9巻第1号, pp. 1-28, 2009.
- ^ “E999系評価系列の議事録要約（内部資料）」東日本旅客鉄道, 2008.
- ^ John P. Kline「Real-time Power Forecasting for EMUs」『Journal of Applied Traction』Vol. 7, No. 1, pp. 10-41, 2011.
- ^ 渡辺精一郎『微振動検出の温度マッピング法』工学出版社, 2015.
- ^ 【要出典】『E999系運用実績の再集計：便数と距離』運行管理統計研究会, 2016.
- ^ 鈴木真琴『“未来の気配”という表現の技術史』鉄道文献社, 2018.
外部リンク
- 静寂度スコア資料館
- E999系ファイル（車上ログ閲覧）
- 学習空調研究アーカイブ
- 架線電磁雑音データポータル
- 鉄道計測フォーラム