自動列車制御

自動列車制御( ATC ) は、外部入力に応じて速度を制御するメカニズムを含む、鉄道の列車保護システムの一般的なクラスです。たとえば、運転手が危険信号に反応しない場合、システムは緊急ブレーキを適用できます。ATC システムは、さまざまなキャブ信号技術を統合する傾向があり、古い自動列車停止(ATS) 技術で見られる固定停止の代わりに、より細かい減速パターンを使用します。ATC は自動列車運転(ATO)と一緒に使用することもでき、通常は鉄道システムの安全上重要な部分と見なされます。

これまで「自動列車制御」と呼ばれる安全システムは数多く存在してきた。最初の実験装置は1906年1月にグレート・ウェスタン鉄道によってヘンリー支線に設置されたが^{[1] [2]}、運転手がブレーキを完全に制御できるため、現在では自動警報システム（AWS）と呼ばれている。この用語は特に日本でよく使われており、ATCはすべての新幹線路線、一部の在来線や地下鉄路線でATSの代わりとして使用されている。

2006年のカルユーブ事故の事故報告書にはATCシステムについて言及されている。^[3]

2017年、ファーウェイは自動列車防護システムへの通信サービス提供の一環としてGSM-Rの導入を請け負った。 ^[4]

日本では、自動列車制御装置（ATC）システムは、新幹線などの高速列車用に開発された。新幹線などの高速列車は、運転士が沿線信号を確認する時間がほとんどないほどのスピードで走行する。ATCシステムは、軌道回路に沿った特定の線路区間の制限速度に関する情報を含むAF信号を送信する。車上でこれらの信号を受信すると、列車の現在の速度が制限速度と比較され、列車が速すぎる場合は自動的にブレーキが適用される。列車が制限速度を下回るとすぐにブレーキが解除される。このシステムは安全性が高く、運転士のミスによる衝突を防ぐため、東京の山手線や一部の地下鉄線など、利用者の多い路線にも導入されている。^[5]

ATCは列車の速度が制限速度を超えると自動的にブレーキをかけるが、駅に進入する際にモーター出力や列車停止位置を制御することはできない。しかし、 自動列車運転システム（ATO）は駅からの出発、駅間の速度、駅内での停止位置を自動制御することができ、一部の地下鉄に導入されている。^[5]

しかし、ATCには3つの欠点がある。第一に、ある速度制限でブレーキを解除してから次の低速制限でブレーキをかけるまでのアイドル走行時間のため、運転間隔を長くすることができない。第二に、列車が最高速度に達したときにブレーキがかかるため、乗り心地が悪くなる。第三に、運行会社が路線でより高速な列車を走らせたい場合、まず関連する沿線および車上の設備をすべて変更する必要がある。^[5]

以下のアナログ システムが使用されています。

• ATC-1 : ATC-1 は1964 年から東海道・山陽新幹線で使用されています。東海道新幹線で使用されているシステムは、ATC-1A、山陽新幹線では ATC-1B に分類されます。当初は線路沿いの速度制限が 0、30、70、110、160、210 km/h (0、19、43、68、99、130 mph) であったが、両路線で新しい車両が導入されたことに伴い、速度制限が 0、30、70、120、170、220、230、255、270、275、285、300 km/h (0、19、43、75、106、137、143、158、168、171、177、186 mph) にアップグレードされた。派生型には ATC-1D と ATC-1W があり、後者は山陽新幹線でのみ使用されている。 2006年より東海道新幹線のATC-1AシステムはATC-NSに置き換えられました。
• ATC-2 :東北、上越、長野の各新幹線で使用され、0、30、70、110、160、210、240 km/h (0、19、43、68、99、130、149 mph) の線路側速度制限を採用していました。近年、ATC-2 はデジタル DS-ATC に置き換えられました。日本の ATC-2 システムは、スウェーデンとノルウェーで使用されているAnsaldo L10000 ATC システム (ATC-2 とも呼ばれる) と混同しないでください。このシステムは、ヨーロッパの他の地域で使用されているEBICAB 700 および 900 ATC システムに似ています。
• ATC-3 (WS-ATC) : 実は日本で初めて導入されたATCで、1961年に東京メトロ日比谷線で( ATOとともに)初めて使用され、その後東京メトロ東西線でも使用されました。Wayside-ATCの略です。両路線とも、それぞれ2003年と2007年に新CS-ATC (ATC-10)に切り替えられました。WS-ATCは、大阪メトロ5路線(御堂筋線、谷町線、四つ橋線、中央線、堺筋線)でも使用されています。
• ATC-4 (CS-ATC) : 1971年に東京メトロ千代田線（JR東日本 常磐線との相互乗り入れ）で初めて使用されたCS-ATC（Cab Signalling-ATCの略）は、地上制御を使用するアナログATC技術であり、すべてのATCシステムと同様にキャブ信号を使用します。CS-ATCは、0、25、40、55、75、および90 km/hの線路側速度制限を使用します。その使用は、東京メトロ銀座線（1993年にCS-ATCを導入し、新CS-ATCに変更）、東京メトロ丸ノ内線（1998年にCS-ATCを導入）、そして最近では東京メトロ有楽町線（2008年にCS-ATCが有効）にまで拡大されています。名古屋市営地下鉄全線、大阪メトロ3線（千日前線、長堀鶴見緑地線、今里筋線）でも利用できます。
• ATC-5 : 1972年から1976年にかけて総武線（快速）と横須賀線に導入され、0、25、45、65、75、90 km/hの線路側速度制限を使用しました。ATC-5は2004年に両線で廃止され、ATS-Pに置き換えられました。
• ATC-6 : 1972年に導入され、かつては埼京線、京浜東北線・根岸線（1984年導入）、山手線（1981年導入）で使用されていました。一部の貨物列車にもATC-6が搭載されていました。2003年と2006年に、京浜東北線と山手線はATC-6システムをD-ATCに置き換えました。埼京線は2017年にATC-6システムをATACSに置き換えました。
• ATC-9：九州では筑肥線（福岡市地下鉄 空港線と直通）で使用されています。
• ATC-10（新CS-ATC）：ATC-4（CS-ATC）から開発されたATC-10は、D-ATCと部分的に互換性があり、古いCS-ATC（ATC-4）技術と完全に互換性があります。ATC-10はアナログとデジタルの技術のハイブリッドと見なすことができますが、試用テスト中にフルサービスブレーキのパフォーマンスが低かったため、D-ATCでの使用は推奨されていません。東京メトロ全線、東急田園都市線、東急東横線、つくばエクスプレスで使用されています。
• ATC-L： 1988年から2016年まで海峡線（青函トンネル区間を含む）で自動列車停止装置とともに使用されていました。北海道新幹線開業後にDS-ATCに置き換えられました。

デジタルATCシステムは、軌道回路を使用して区間内の列車の存在を検出し、軌道回路番号、次の列車までの空き区間（軌道回路）の数、列車が到着するプラットフォームに関するデジタルデータを沿線機器から列車に送信する。受信したデータは、列車の車載メモリに保存されている軌道回路番号のデータと比較され、次の列車までの距離が計算されます。車載メモリには、線路の勾配、カーブやポイントでの速度制限に関するデータも保存されています。これらのデータはすべて、サービスブレーキを制御して列車を停止させる際のATCの決定の基礎となります。^[5]

デジタルATCシステムでは、走行パターンによってブレーキ曲線が決定され、列車が次の線路セクションに入る前に停止します。列車がブレーキパターンに近づくとアラームが鳴り、ブレーキパターンを超えるとブレーキがかかります。最初は乗り心地を良くするためにブレーキが軽くかかり、その後最適な減速が得られるまで強くかかります。列車の速度が制限速度を下回ると、ブレーキはより軽くかかります。このようにブレーキ力を調整することで、乗り心地を確保しながら、ブレーキパターンに従って列車を減速させることができます。^[5]

通常のブレーキパターン以外にも緊急ブレーキパターンがあり、列車の速度がこの緊急ブレーキパターンを超えた場合にATCシステムが緊急ブレーキをかけます。^[5]

デジタル ATC システムには、次のような多くの利点があります。

• ワンステップブレーキ制御の採用により、中間速度制限段階でのブレーキ解除間の操作遅れによる空運転時間がなくなり、高密度運転が可能になります。
• 沿線機器から得られる前方列車までの距離情報をもとに、あらゆる車両に適したブレーキパターンを生成できるため、早期減速の必要がなく、最適速度で走行できます。これにより、同一線路上での急行列車、普通列車、貨物列車の混載運転を最適速度で実現します。
• 将来、より高速な列車を運行する場合、沿線のATC設備を変更する必要はない。^[5]

現在までに、以下のデジタル ATC システムが使用されています。

• D-ATC :東日本旅客鉄道(JR 東日本)の一部路線の非高速路線で使用されています。デジタル ATC の略です。従来のアナログ ATC 技術との主な違いは、地上制御から列車制御への移行です。これにより、各列車の能力に応じたブレーキが可能になり、快適性と安全性が向上します。また、速度を上げ、より密なダイヤを提供できることも、日本の混雑した鉄道にとって重要です。最初の D-ATC は、 2003 年 12 月 21 日に京浜東北線の鶴見駅から南浦和駅までの区間で、 209 系電車が D-ATC 対応に改造されたことで使用可能になりました。山手線でも、2005 年 4 月に D-ATC が使用可能になり、古い205 系車両がすべて新しい D-ATC 対応のE231 系電車に置き換えられました。京浜東北線の残りの区間と根岸線でもD-ATCを導入する計画があり、車上および地上システムの転換が待たれている。 2005年5月14日から使用されている都営新宿線のATCシステムは、D-ATCと非常によく似ている。2006年3月18日からは、東海道新幹線でもデジタルATCが導入され、古いアナログATCシステムが置き換えられた。D-ATCは、2007年1月初旬に開業した台湾高速鉄道向けに製造されたTHSR 700Tで使用されている。
• DS-ATC：JR東日本が運営する新幹線で導入されている。Digital communication & control for Shinkansen-ATCの略。東北新幹線、北海道新幹線、上越新幹線、北陸新幹線で採用されている。
• RS-ATC : 東北、北海道、北陸、上越新幹線で DS-ATC のフォールバック レベルで使用されています。RS-ATC は、他のタイプの ATC の線路脇のビーコンやトランスポンダーと比較して、列車の速度制限を制御するために無線信号が使用されるという点で、 GSM-Rと原理的に似ています。
• ATC-NS：2006年から東海道新幹線で初めて使用されているATC-NS（ATC-New Systemの略）は、DS-ATCをベースにしたデジタルATCシステムです。台湾高速鉄道や山陽新幹線でも使用されています。
• KS-ATC： 2004年から九州新幹線で使用されています。Kyushu Shinkansen-ATCの略です。

ATACSはCBTCに似た移動閉塞型ATCシステムで、鉄道総研が開発し、JR東日本が2011年に仙石線に初めて導入し、続いて2017年に埼京線^[6]、2020年に小海線^{[7]に導入した。これは日本の}ETCSレベル3に相当すると考えられている。^[8]

韓国のいくつかの地下鉄路線では ATC が使用されており、場合によっては ATO が強化されています。

全路線で ATC を使用します。全路線に ATO が強化されています。

1・2号線（MELCO車のみ）を除く全線でATCを採用しています。2号線（VVVF車）、5号線、6号線、7号線、8号線はATCシステムにATOが強化されています。

デンマークのATCシステム（正式名称ZUB 123）は近隣諸国のものと異なっている。^[9] 1978年から1987年まで、スウェーデンのATCシステムがデンマークで試験的に導入され、1986年から1988年にかけてシーメンス設計の新しいATCシステムが導入された。1988年4月に発生したソロ鉄道事故を受けて、1990年代初頭以降、新しいシステムはデンマークの主要路線すべてに段階的に導入された。一部の列車（エーレスンドスタッグサービスや一部のX 2000列車など）にはデンマークとスウェーデンの両方のシステムが搭載されているが、^{[9]他の列車（} ICE-TD列車の10両など）にはデンマークとドイツの両方のシステムが搭載されている。デンマークの鉄道インフラ会社であるBanedanmark社は、ZUB 123 システムは現在時代遅れであると判断しており、2030 年までにデンマークの鉄道網全体が ETCS レベル 2 に移行する予定である。

しかし、ZUB 123システムは、 1975年から2022年までHKT （da:Hastighedskontrol og togstop）と呼ばれる互換性のない別の安全システムが使用されていたコペンハーゲンSトレイン通勤ネットワークでは使用されていません。また、 2000年に導入されたはるかに簡素化されたATPシステムを使用するホーンベック線でも使用されていません。前述のすべてのシステムは、2024年以降、現代的で世界的なCBTC信号規格に徐々に置き換えられています。 ^[10]

ノルウェー政府の鉄道インフラ機関であるBane NORは、スウェーデンのATCシステムを使用している。そのため、列車は通常、特別な改造をすることなく国境を越えることができる。 ^[11]しかし、スウェーデンとは異なり、ノルウェーで使用されているATCシステムは、赤信号を通過するたびに列車が停止することを保証する部分ATC（delvis ATC、DATC）と、赤信号のオーバーシュートを防ぐことに加えて、列車が最大許容速度を超えないことを保証する完全ATC（FATC）を区別している。ノルウェーの鉄道線路にはDATCまたはFATCのいずれかを設置できるが、両方を同時に設置することはできない。

ATCは、4年前に信号無視（SPAD）によるトレテン列車事故が発生した後、1979年にノルウェーで初めて試験導入されました。DATCは1983年から1994年にかけてオスロS - ドンボース - トロンハイム - グロン区間で初めて導入され、FATCは1993年にオーフォート鉄道で初めて導入されました。高速鉄道のガルデモエン線には、1998年の開通以来FATCが導入されています。 2000年にオースタ事故が発生した後、ローロス線でのDATCの導入が加速され、2001年に運用が開始されました。

スウェーデンでは、ATCの開発は1960年代に始まり（ATC-1）、1980年代初頭に高速列車（ATC-2/Ansaldo L10000）とともに正式に導入されました。^[12] 2008年現在、鉄道インフラを担当するスウェーデン運輸局が管理する11,904kmの線路のうち9,831kmにATC-2が設置されています。 ^[13]しかし、ATC-2は一般にERTMS / ETCSと互換性がないため（スウェーデンで最初にERTMS/ETCSのみを使用する鉄道路線であるボスニア線の場合など）、Trafikverketが今後数十年でATC-2を最終的にERTMS/ETCSに置き換えることを目指して、ATC-2とERTMS/ETCSを自動的に切り替える特殊伝送モジュール（STM）が開発されました。

1906 年、英国のグレート ウェスタン鉄道は「自動列車制御」と呼ばれるシステムを開発しました。現代の用語では、 GWR ATC は自動警報システム (AWS) に分類されます。これは、走行レールの間にある、または走行レールよりも高い位置に置かれた通電 (または非通電) レールに依存する断続的な列車保護システムでした。このレールは両端が傾斜しており、ATC ランプと呼ばれ、通過する機関車の下側にあるシューと接触します。

ランプは遠方信号に設けられました。停止信号での使用を意図した設計の開発は、結局実施されませんでした。

ランプに関連付けられた信号が注意の場合、ランプは通電されません。ランプは通過する機関車のシューを持ち上げ、タイマー シーケンスを開始すると同時に、フットプレートのホーンを鳴らします。運転手が事前に設定された時間内にこの警告を認識しなかった場合、列車のブレーキがかけられます。テストでは、GWR は急行列車を全速力で遠くの注意信号を通過して送り出すことで、このシステムの有効性を実証しました。列車はホーム信号に到達する前に安全に停止しました。

ランプに関連付けられた信号がクリアであれば、ランプは通電されます。通電されたランプは通過する機関車のシューを持ち上げ、フットプレート上のベルを鳴らします。

システムが故障した場合、シューは通電されず、注意状態のままになります。したがって、これは安全装置の基本要件である「故障安全」となります。 ^[14]

このシステムは1908年までにパディントンからレディングまでを含むGWRの主要路線すべてに導入された。^[14]このシステムは1970年代まで使用され続けたが、その後イギリス国鉄 自動警報システム（AWS）に取って代わられた。

トロント交通委員会は2017年から、5億6,230万ドルの費用をかけて、ライン1のヤング-ユニバーシティへのATCの導入を開始した。2009年にアルストムに契約を授与したTTCは、ライン1のラッシュアワー時の列車の間隔を短縮し、ライン1で運行する列車の数を増やすことができるようになる。^{[15]しかし、ATCと互換性のある}真新しい列車が納入され、新しいシステムと互換性のない古い車両が引退するまで、作業は開始されない。ATCは段階的に導入され、2017年11月4日のデュポン駅とヨークデール駅間の定期運行中にテストが開始された。ATCは、2017年12月17日のトロント-ヨークスパダイナ地下鉄延伸のヴォーン駅とシェパードウェスト駅間で開通した際に初めて恒久的に導入された。^{[16] [17]}システムの残りの路線への導入は、週末の運休や地下鉄が閉まる夜間工事中に行われた。プロジェクトには遅れがあり、1号線の完全転換の期限は2022年まで何度も延期された。^[18] ATC転換は2022年9月24日にフィンチ駅まで完了した。 ^[17] 1号線全体をATCに転換するには、2,000個のビーコン、256個の信号、および100万フィート以上のケーブルを設置する必要があった。^[17] ATCは、間もなく開通する5号線エグリントン線でも使用される予定であるが、1号線とは異なり、5号線のシステムはボンバルディア・トランスポーテーションのCityflo 650技術を使用して供給される。^[19] TTCは、資金の可用性と、2号線の現在のATC非対応車両をATC対応の列車に置き換えることができることを条件に、将来的に2号線ブロア・ダンフォースと4号線シェパードをATCに改造する計画であり、完了予定日は2030年です。^[20] 

米国のATCシステムは、ほとんどの場合、既存の連続運転台信号システムと統合されています。ATCは、機関車内の電子機器から供給され、運転台信号システムの入力に基づいて何らかの形式の速度制御を実行します。^[21]列車の速度がその線路部分の最高速度を超えると、運転台で速度超過警報が鳴ります。機関士が速度を落とさなかった場合、またはブレーキをかけて速度を落とさなかった場合、自動的にペナルティブレーキが適用されます。^[21]北米の貨物列車では取り扱いと制御の問題がより繊細なため、ATCは都市間サービスと通勤サービスの両方で旅客機関車にほぼ独占的に適用され、貨物列車は速度制御なしで運転台信号を使用します。アムトラック、メトロノース、ロングアイランド鉄道などの一部の大量旅客鉄道では、システムのすべてまたは一部で走行する貨物列車に速度制御の使用を義務付けています。^[21]

運転席信号と速度制御技術は 1920 年代から存在していましたが、ATC の導入は数十年後に多数の重大事故が発生した後に初めて問題となりました。ロングアイランド鉄道は、信号無視による 2 件の死亡事故の後、1950 年代に運転席信号エリア内に自動速度制御システムを導入しました。ニューアーク湾リフト橋の事故の後、ニュージャージー州は州内のすべての主要な旅客列車運行会社に速度制御の使用を法制化しました。速度制御は米国の多くの旅客路線で使用されていますが、ほとんどの場合、路線を所有する鉄道会社が自主的に導入しています。

ユニオン・パシフィック、フロリダ・イースト・コースト、CSXトランスポーテーションの3つの貨物鉄道会社だけが、自社のネットワークで何らかの形のATCを採用している。FECとCSXの両システムはパルス符号車内信号と連動しており、CSXの場合はリッチモンド・フレデリックスバーグ・ポトマック鉄道の1本の幹線から継承したものである。ユニオン・パシフィックのシステムはシカゴ・アンド・ノースウェスタン鉄道の東西幹線の一部で継承されたもので、ATCで使用するために設計された初期の2面車内信号システムと連動している。CSXとFECでは、より制限的な車内信号の変更には、機関士が最小限のブレーキをかける必要があり、そうしないとより厳しいペナルティが適用されて列車が停止する。どちらのシステムも、明示的な速度制御やブレーキ曲線の順守は必要としない。^[22] ユニオン・パシフィックのシステムでは、列車の速度が時速40マイル（64 km/h）に低下するまでブレーキを解除できないその後、最初の運転席信号が落ちてから70秒以内に、列車の速度をさらに時速20マイル（32km/h）以下に減速する必要があります。これらの速度低下時にブレーキをかけなかった場合は、ペナルティが適用されます。^[23]

3 つの貨物 ATC システムはすべて、ブレーキを安全かつ適切にかけるためのある程度の自由度を機関士に与えています。不適切なブレーキは脱線や暴走につながる可能性があるためです。いずれのシステムも、困難な地形や山岳地帯では機能しません。

• 衝突防止装置
• 自動列車停止
• 自動列車運転
• タクシー信号
• ポジティブトレインコントロール
• 列車保護システム

• 鉄道技術ウェブサイト: 自動列車制御