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ポジティブ・トレイン・コントロール（PTC）は、米国で導入されている自動列車保護システムの一種です。 [1]米国の国有鉄道網のほとんどの区間にPTCが導入されています。これらのシステムは、一般的に列車が安全に走行しているかどうかを確認し、走行していない場合には停止するように設計されています。[2]
ポジティブ・トレイン・コントロールは、列車の移動を明示的に許可された範囲内に制限し、無効にすると移動が停止します。PTCで運行する列車は、その位置と安全に走行できる場所に関する情報を含む移動許可を受け取ります。PTCは、2020年12月29日までに法定で義務付けられた線路の100％に設置され、運用されました。[3]
概要
アメリカ鉄道技術・線路保守協会(AREMA) は、ポジティブ トレイン コントロール システムの主な機能を次のように説明しています。
- 列車の分離または衝突回避
- 回線速度の強制
- 一時的な速度制限の施行
- 鉄道作業員の沿線安全
- ブラインドスポットモニタリング[4]
歴史
背景
1980年代後半、第二次世界大戦後の投資停滞と衰退期を経て、列車防護ソリューションへの関心が高まりました。1990年以降、米国国家運輸安全委員会（NTSB）は、 PTC（当時はポジティブ・トレイン・セパレーションと呼ばれていました）を「運輸安全改善の最重要課題リスト」に含めました。[5] [6] [7]当時、米国の鉄道路線の大部分は乗務員がすべての安全規則を遵守することに依存しており、連邦鉄道局（FRA）の数年間の公式報告書で明らかなように、事故のかなりの割合が人為的ミスに起因していました。[8]
2008年9月、議会は、米国の鉄道網のほとんどでPTC技術を実装するための期限を2015年12月15日と設定した新しい法律を検討しました。上院商務委員会と下院運輸インフラ委員会によって立法プロセスに先導されたこの法案は、2008年9月12日にロサンゼルスでメトロリンクの旅客列車とユニオンパシフィック鉄道の貨物列車が衝突し、25人が死亡、135人以上の乗客が負傷したことを受けて起草されました。
法案が議会で最終通過に近づくと、アメリカ鉄道協会（AAR）は法案を支持する声明を発表した。[9]ジョージ・W・ブッシュ大統領は2008年10月16日、 315ページに及ぶ2008年鉄道安全改善法に署名し、法律として成立させた。 [10]
法律の規定
この法律の規定には、PTC 技術の開発費用を補助するための資金提供、貨物列車の乗務員が毎月働ける時間数の制限、運輸省による旅客列車の乗務員の労働時間制限の決定義務などが含まれています。
実装
この法律を施行するため、FRAは2010年1月15日にPTCシステムに関する最初の規制を公表した。[11]同局は2014年8月22日に改正規制を公表した。[12]
2010年12月、政府監査院（GAO）は、アムトラックと主要なクラスI鉄道会社が法律に基づいてPTCシステムを設置する措置を講じたが、通勤鉄道事業者は2015年の期限に間に合わなかったと報告した。[13] 2015年6月時点で[アップデート]、期限に間に合うと見込んでいる通勤鉄道事業者は7社（APTAが代表する事業者の29％）のみだった。実施が遅れている要因はいくつかあるが、資金獲得の必要性（議会から提供されていない）、技術の設計、テスト、相互運用性、製造に要した時間、鉄道網全体にわたる無線スペクトルの取得の必要性（FCCの許可が必要で、場合によっては既存の所有者と購入またはリースの交渉が必要になる）などである。[14]
南カリフォルニアのメトロリンク通勤鉄道システムは、全 システムにこの技術を導入する米国初の旅客輸送会社となる予定です。多少の遅延はありましたが、[15] 2014年2月にPTCの実証試験が開始し、2015年夏の終わりにシステムが完成する予定です。 [16]
シカゴ大都市圏では、メトラシステムは2019年までPTC義務に完全に準拠しないと予想されています。[14]
2015年10月、議会は遵守期限を3年間延長し、2018年12月31日までとする法案を可決した。バラク・オバマ大統領は2015年10月29日に法案に署名した。[17] [18] 2018年12月の期限に間に合ったのは4つの鉄道会社のみで、他の37社は2020年12月までの延長が認められた。これは、実施の進捗を示した鉄道会社に対して法律で認められていたものである。[19] 2020年12月29日、期限の2日前に、必要なすべての鉄道会社に安全装置が設置されたことが報告された。[20]
批判
議会が義務付けた形でPTCが意味を成すかどうかについては議論がある。全国的なPTC導入の費用は60億～220億ドルと見込まれ、そのほとんどは米国の貨物鉄道会社が負担するだけでなく[21]、あらゆる形態の幹線貨物列車や高密度環境における技術の信頼性と成熟度についても疑問がある。[22] PTCの要件は、新しい旅客鉄道や貨物サービスの開始に障壁を課し、数百万ドルの追加PTC費用を引き起こす可能性がある。資金提供のない義務付けは、PTC技術が最も意味を成す場所や技術的に最も実現可能な場所でのPTC技術の採用に対して、より微妙で柔軟なアプローチを採用することをFRAに義務付けている。[21]
FRA鉄道安全諮問委員会は、12年間にわたって米国の鉄道で数千件の「PPA」（PTCで予防可能な事故）を特定しましたが、コスト分析の結果、すべての事故から実現される累積節約額は、クラスI鉄道全体のPTCのコストをカバーするのに十分ではないことが判明しました。したがって、PTCは当時経済的に正当化されませんでした。[23] FRAは、2009年のPTC規則制定文書でこのコスト評価に同意しました。
経済的正当性がない理由は、事故の大半が軽微であり、FRA の衝突安全性基準が人命損失や有害化学物質の放出の可能性を軽減するのに役立つためです。たとえば、1987 年から 2007 年までの 20 年間で、米国で PTC で予防可能で人命が多数失われた事故は 2 件しかありませんでした (メリーランド州チェイスの事故(1987 年) で 16 名が死亡、メリーランド州シルバー スプリングの事故(1996 年)で 11 名が死亡)。いずれの場合も、事故の原因は運用規則の変更によって解決されました。[引用が必要]
米国の通勤鉄道サービス最大25社にPTCを導入するコストは20億ドル以上と見積もられており、これらのコストのために、いくつかのサービスは修理、設備投資、およびサービスを中止または削減せざるを得なくなっている。[要出典]他のサービスにはPTCに利用できる資金がまったくなく、議会からの何らかの変更を前提として行動を延期している。[要出典]キャブ信号と既存の自動列車制御システムを備えた路線を運営する鉄道会社は、ATCがすべてのケースでPTCほど積極的ではないため、数十年にわたる安全性の実績が軽視されていると主張している。[24]
PTC で回避可能なクラッシュ
近年、PTCで予防可能な衝突事故の件数が増加している。2013年、ブロンクス区でメトロノース鉄道が脱線し、4人が死亡、61人が負傷した。この衝突事故は速度超過が原因で、PTCはこれを防ぐことができる。2015年、フィラデルフィア区でアムトラックが脱線し、 8人が死亡、185人が負傷した。 [25]この事故では、アムトラックの機関士が気を散らしたために、列車が安全速度を超えて加速した。NTSBによると、この衝突事故は、時速50マイル（80 km/h）の速度制限を強制し、列車の速度超過とそれに続く衝突を防ぐPTCシステムがあれば防げた可能性があるという。[26] 2017年、ワシントン州デュポン近郊でアムトラックの別の脱線事故が発生し、3人が死亡、62人が負傷した。機関士は列車の現在位置を間違え、列車が走っていた線路の長さに関する適切な制限に従わず、その地域の速度制限を示すはずの標識に気付かなかった。NTSBは、PTCセクションを除いて、最近線路の安全性が向上したことを知った。最終的に、機関士が列車の位置を間違えたことが事故の原因であると結論付けられた。事故が発生した線路区間の所有者であるサウンドトランジットは、PTCの設置作業中だったが、事故当時は稼働していなかった。[26] 2018年には、サウスカロライナ州ケイシーでアムトラックの列車が停車中の貨物列車に衝突し、乗務員2人が死亡、116人が負傷した別の衝突事故が発生した。NTSBのロバート・サムウォルト委員長は、「稼働中のPTCは、この種の事故を防ぐように設計されている」と述べた。[27]
基本操作
一般的な PTC システムには、次の 2 つの基本コンポーネントが含まれます。
- 機関車の速度表示および制御ユニット
- 変化する軌道や信号の状態を速度制御装置に動的に通知する方法。[28]
オプションとして、次の 3 つの追加コンポーネントが存在する場合があります。
- 固定速度制限を強制するための車載ナビゲーションシステムとトラックプロファイルデータベース
- 列車の存在を信号装置に知らせる双方向データリンク
- 列車に移動権限を直接発行する集中システム
PTC インフラストラクチャ
現在開発中の PTC 実装方法は主に 2 つあります。1 つ目は、コード化されたトラック回路や無線トランスポンダなどの固定信号インフラストラクチャを使用して、車載速度制御装置と通信する方法です。もう 1 つは、動的な情報を送信するために、線路に沿って広がる無線データ無線を使用する方法です。無線実装では、列車の位置を信号システムに送信することも可能で、これにより、移動ブロックまたは「仮想」ブロックの使用が可能になります。無線実装は、一般的に機器コストの点で安価ですが、「より困難な」通信チャネルを使用する場合よりも信頼性がはるかに低いと考えられています。[アップデート]たとえば、2007 年の時点で、アムトラックのミシガン線の無線 ITCS システムは、13 年間の開発期間を経てもまだ確実に機能していませんでした[28] 。一方、固定 ACSES システムは、2002 年から北東回廊で毎日使用されています(以下のアムトラックを参照)。
固定インフラストラクチャ方式は、パルスコードキャブ信号がすでに導入されている高密度の旅客路線で人気が高まっています。無線通信に依存しないことが利点として宣伝されている場合もあります。 [29]無線方式は、速度がすでに低く、列車との無線接続が中断しても安全性や列車の運行に支障をきたす傾向のない、通常は線路令状によって制御される低密度で信号のない暗い領域で最も効果的であることが証明されています。
アムトラックのACSESのような一部のシステムは、一時的な速度制限を更新したり、特定の信号を通過させたりするためにワイヤレスリンクを使用するハイブリッド技術で動作しますが、これらのシステムはいずれも列車の運行にとって重要ではありません。
機関車速度制御装置
機関車に搭載された装置は、ブレーキ曲線によって決まる、ある距離にある速度目標に対する列車の現在の速度を継続的に計算する必要があります。ブレーキ曲線によって列車が速度目標まで減速できない恐れがある場合、自動的にブレーキがかかり、列車は直ちに減速します。速度目標は、線路プロファイルと信号システムによって決定される固定および動的な速度制限に関する情報によって更新されます。
現在の PTC 実装のほとんどは、速度制御ユニットを使用して、何らかのナビゲーション システムに接続されたトラック プロファイルのデータベースも保存します。このユニットは、線路に沿った列車の位置を追跡し、速度制限と最大許可速度を自動的に適用します。一時的な速度制限は、列車がターミナルを出発する前、またはワイヤレス データ リンクを介して更新できます。トラック データを使用して、勾配プロファイルに基づいてブレーキ カーブを計算することもできます。ナビゲーション システムは、固定トラック ビーコンまたは差動 GPS ステーションとホイールの回転を組み合わせて、線路上の列車の位置を数フィート以内で正確に判断できます。
集中管理
PTC システムの中には、既存の信号システムと直接インターフェイスするものもありますが、列車を追跡し、無線データ ネットワーク経由で列車に直接移動権限を発行できる重要なコンピュータ システム セットを中央の場所に維持しているものもあります。これは、通信ベースの列車制御の一形態であると考えられていることが多く、PTC の必須部分ではありません。
線路側デバイスインターフェース
列車は、スイッチの位置など、沿線装置の状態を検出 (場合によっては制御) できる場合があります。この情報は、列車の安全な移動をさらに定義するために、制御センターに送信されます。テキスト メッセージとアラーム状態も、列車と制御センター間で自動または手動で交換できます。別の機能として、責任者 (EIC) が口頭によるコミュニケーションの代わりにワイヤレス デバイスを使用して、列車に作業区域を通過する許可を与えることができます。
技術的な制限
運転席信号などの安全システムが何十年も前から存在していた場合でも、貨物鉄道業界は速度制御装置の設置に消極的でした。なぜなら、そのような装置の強引な性質が、安全な列車運行に悪影響を及ぼす可能性があるからです。PTC システムに搭載されている高度なプロセッサベースの速度制御アルゴリズムは、長さ 5,000 フィート (1,500 m) 以上、重量 10,000 ショートトン (9,100 t) 以上の貨物列車の速度を適切に制御できると主張していますが、熟練した鉄道技師の手から最終決定を奪うことについては懸念が残っています。空気ブレーキを不適切に使用すると、列車が暴走したり、脱線したり、予期せず分離したりするおそれがあります。[引用が必要]
さらに、過度に保守的なPTCシステムは、これまで人間のエンジニアが安全に運行していたレベルよりも列車の速度を低下させるリスクがある。鉄道の速度は安全係数を考慮して計算されるため、速度がわずかに超過しても事故にはつながらない。PTCシステムが独自の安全マージンを適用すると、最終的には非効率的な二重安全係数となる。さらに、PTCシステムは気象条件や列車の取り扱いの変化を考慮できず、最悪のシナリオを想定する必要があり、パフォーマンスがさらに低下する可能性がある。[30] 2009年の規制申請で、FRAは、PTCは実際には多くの主要路線の貨物鉄道の容量を低下させる可能性があると述べた。[31]欧州のLOCOPROL/LOCOLOCプロジェクトは、 EGNOS強化衛星ナビゲーションだけでは、列車信号に必要なSIL4の安全性完全性を満たすことができないことを示していた。[32]
純粋に技術的な観点から言えば、PTC は、許容ブロック操作によって引き起こされる特定の低速衝突、"押し出し" (不十分な観察による後退) によって引き起こされる事故、線路または列車の欠陥によって引き起こされる脱線、踏切衝突、または以前に脱線した列車との衝突を防ぐことはできません。PTC がトラック回路ブロックなしで設置されている場合、破損したレール、浸水した線路、または線路を汚染する危険な破片を検出できません。
ワイヤレス実装
無線周波数帯域の可用性
米国のクラス I貨物すべて、ほとんどの小規模貨物鉄道、および多くの通勤鉄道での使用が計画されている無線インフラストラクチャは、 220 MHz付近の単一周波数帯域で動作するデータ無線に基づいています。 2 つの貨物鉄道によって設立された PTC 220 LLC と呼ばれるコンソーシアムは、PTC の展開に使用するために以前のライセンシーから220 MHz付近の重要なスペクトルを購入しました。 このスペクトルの一部は全国ライセンスの形をとっていますが、一部はそうではありません。 コンソーシアムは、このスペクトルを米国の貨物で使用できるようにすることを計画していますが、2011 年にはすでに、ニーズを満たすのに十分なスペクトルがあるかどうか確信が持てないと表明していました。いくつかの通勤鉄道は、その地域で220MHzの周波数帯の購入を開始しているが、十分な220MHzの周波数帯の確保は、空きがないこと、十分な隣接周波数帯を得るための複雑な複数当事者間の交渉が困難であること、そして、一部の州政府機関にとって、周波数帯の取得にかかる費用が不可能となる可能性があることなどから、難しいのではないかという懸念が広がっている。しかし、研究によると、動的周波数帯割り当てによって、220MHzの帯域幅での周波数帯割り当ての問題を解決できる可能性があるという。[33] [34]
多くの鉄道会社は、FCCに220MHz帯の一部を再割り当てするよう要請している。鉄道会社は相互運用性を確保するには220MHz帯が必要だと主張している。FCCは、再割り当ては行われず、鉄道会社は必要な周波数帯を定量化していないため周波数帯の再割り当てを要請する正当性がなく、鉄道会社は220MHz帯の二次市場や他の帯域で周波数帯を求めるべきだと述べている。[35]
ラジオバンド
PTC を実装するために220 MHzを使用することを要求する規制または技術要件はありません(PTC 実装でワイヤレス コンポーネントを使用する場合)。ワイヤレス データ送信が必要な場合、妥当なコストで取得できれば、220 MHzスペクトルにはいくつかの利点があります。220 MHzスペクトルの使用を検討する最初の理由は、貨物輸送と、すべてではありませんが一部の通勤鉄道運用における PTC 相互運用性です。米国の貨物輸送では、ある鉄道会社の鉄道車両が別の鉄道会社のホスト トラックでゲストとして運行されるなど、線路を共有することがよくあります。このような環境で PTC を実装するには、同じ PTC 機器を使用するのが最も簡単です。これには、無線と関連する無線スペクトルが含まれます。
通勤鉄道が貨物鉄道の管轄区域で運行しなければならない場合、通勤鉄道は貨物鉄道の PTC システムに準拠した PTC 機器 (無線を含む) を鉄道車両に搭載する必要がある可能性が高く、これは通常220 MHz の無線とスペクトルを使用することを意味します。通勤鉄道が自社の敷地内で同じ PTC 機器、無線、スペクトルを使用している場合、車両が貨物の管轄区域に移動するときにそれを使用できます。実用的な観点から、通勤鉄道が自社の敷地内で別のタイプの PTC を使用することを選択した場合は、自社の敷地内で PTC を操作しながら貨物の敷地内でも PTC を操作できるように、2 つ目の車載機器セットを搭載する必要があります。マルチバンド無線 (現在の世代のソフトウェア定義無線など) が利用できない場合は、別の無線と別のアンテナが必要になります。線路の形状が複雑なため、PTC では時間的に厳しい方法で可変量のスペクトルが必要になります。これを実現する一つの方法は、PTCソフトウェア無線を拡張して、スペクトルを動的に割り当てるインテリジェンスを持たせることです。無線にインテリジェンスを追加すると、PTC通信媒体のセキュリティも向上します。[36]
小規模な貨物鉄道や通勤鉄道が別の鉄道区域で運行していない場合、相互運用性に基づいて220 MHzスペクトルを使用して PTC を実装することを義務付ける理由はありません。さらに、小規模な貨物鉄道や通勤鉄道が自社区域でのみ運行し、他のゲスト鉄道 (貨物鉄道またはその他の旅客鉄道) をホストしている場合、ホストがPTC を実装するために220 MHzスペクトルを使用する義務を負う相互運用性に基づく理由はやはりありません。このような鉄道は、任意の無線スペクトルを自由に選択し、ゲスト鉄道に対して、準拠した PTC 機器 (無線を含む) を列車に搭載するか、ゲスト PTC 実装用の沿線機器をホスト鉄道の施設にインストールすることを要求することで、PTC を実装できます。これらの問題の一部を浮き彫りにする興味深いケースは、北東回廊です。アムトラックは、所有していない 2 つの通勤鉄道施設でサービスを運営しています。メトロノース鉄道(ニューヨーク州とコネチカット州が所有) とマサチューセッツ湾交通局(MBTA) (マサチューセッツ州が所有) です。理論上は、アムトラックはこれらのホスト プロパティ（路線の約 15 パーセント）に独自の PTC システムをインストールすることもできたでしょうし、さらに悪いことに、通勤用プロパティを通過するアムトラックの各列車に 3 つの異なる PTC システムをインストールしようとするばかげた状況に陥ることもできたでしょう。しかし、そうはなりませんでした。アムトラックは、PTC の実装において、路線沿いの通勤鉄道会社よりも大幅に有利なスタートを切っていました。アムトラックは研究開発にかなりの時間を費やし、北東路線の ACSES システムの早期承認を FRA から獲得しました。アムトラックは、最初は900 MHzを選択し、その後220 MHzに移行しましたが、これは無線システムのパフォーマンスが向上すると認識されていたことと、アムトラックがミシガン州で ITCS の実装に220 MHz を使用していたことが理由です。 [37]路線沿いの通勤鉄道会社が PTC の実装オプションを検討したとき、その多くがアムトラックが行った先行研究を活用し、 220 MHz を 使用する ACSES ソリューションを実装することを選択しました。アムトラックの初期の取り組みは成果を上げ、同じプロトコルを同じ周波数でインストールした通勤施設を横断し、それらすべてを相互運用可能にすることを意味しました。（実際には、ワシントンDCからニューヨークペン駅までの線路やフィラデルフィアからペンシルベニア州ハリスバーグまでの線路を含む通勤施設ではなく、北東回廊の大部分はアムトラックによって所有および運営されています。マサチューセッツ州はロードアイランド州境からニューハンプシャー州境までの線路を所有していますが、アムトラックはこれらの線路を「運営」しています。ニューヨーク市とコネチカット州ニューヘイブンは、実際には通勤路線によって所有および運営されています。
PTC に220 MHz を検討するもう 1 つの理由は、PTC 互換の無線機器が利用できることです。PTC 専用の無線機器は現在、限られた数のベンダーからのみ入手可能で、それらのベンダーは220 MHzのみに焦点を当てています。特に、無線ベンダーの 1 つである Meteorcomm LLC は、 220 MHz無線で I-ETMS PTC プロトコルをサポートできます。Meteorcomm はクラス I貨物会社数社によって共同所有されており、業界の一部では、220 MHz無線および関連機器の使用はサイトごとのライセンス ベースで行われると示唆しています。このプロセスには、定期的な料金も伴う可能性があります。さらに、「購入」とライセンス料金が高額になるという懸念もあり、これにより、Meteorcomm (貨物会社) の所有者が独占禁止法違反の法的リスクにさらされる可能性があると推測する人もいます。[要出典]多くの鉄道会社にとって、連邦の義務を満たすには、 Meteorcomm 無線機と I-ETMS を使用して220 MHzで PTC をインストールする以外に実用的な選択肢はありません。北東回廊では、別の無線ベンダーである GE MDS が、 220 MHz無線機で Amtrak ACSES プロトコルをサポートできます。貨物列車の PTC 期限に関する主な懸念は、PTC 機器の可用性であることを強調する必要があります。[38] 独占禁止法の問題と無線機の入手性を考慮して、Meteorcomm 無線設計はCalAmp無線機に次ぐものになっています。これはすべて、PTC を実装する必要があるすべての鉄道会社に十分な220 MHz PTC 無線機器が用意されていないことを意味している可能性があります。[要出典]
これらの周波数を米国外で使用した場合も問題があり、カナダでは220MHzはアマチュア無線の 1.25メートル帯の一部のままとなっている。[39] [40]
220 MHz以外の帯域もPTC をサポートし、PTC の FRA 承認を得るために使用されています。Amtrak が最初の承認を受けたとき、 ACSES に900 MHz周波数を使用する予定でした。BNSF Railway は、45 MHz周波数、160 MHz周波数、900 MHz周波数、 WiFi を含むマルチバンド無線を使用した ETMS の初期バージョンで、FRA から最初の PTC 承認を獲得しました。これらの帯域の 1 つ以上、または450 MHzなどの別の帯域を選択する小型貨物車両や通勤車両は、スペクトルの取得が容易になる可能性があります。PTC を正常に展開するには、スペクトルの問題、無線機器、アンテナ、プロトコルの互換性の問題を調査する必要があります。[引用が必要]
相互運用性の要件
「相互運用可能な PTC システム」には、定義された単一の標準はありません。相互運用可能なシステムのいくつかの例がこの点を示しています。まず、UP と BNSF は、システム全体で相互運用可能です。どちらも I-ETMS を実装しており、異なる場所では異なる無線周波数を使用します。[引用が必要] 2 番目の例では、Amtrak はミシガン州のNorfolk Southernと相互運用可能です。Amtrak は ITCS を使用し、Norfolk Southern は I-ETMS を使用します。相互運用するには、2 つの220 MHz無線が各沿線に設置され、各沿線にあるインターフェイス デバイス (ネットワーク ゲートウェイまたはプロトコル コンバータに類似) を介して、両方の無線が共通の PTC システムとインターフェイスします。1 つの無線は I-ETMS を使用して貨物列車と通信し、もう 1 つの無線は ITCS を使用して旅客列車と通信します。この場合、相互運用性は沿線で停止し、鉄道車両または車載システムへの無線セグメントは含まれません。 3 番目の例では、最初の例と同様に、ロサンゼルスの通勤鉄道会社 Metrolink が I-ETMS を実装し、UP および BNSF の両方と同じ PTC 機器を使用します。Metrolink は独自の220 MHzスペクトルを調達しているため、Metrolink の管轄区域 (通勤および貨物) の列車は、UP および BNSF が使用するチャネルとは別のチャネルを使用します。相互運用性は、車載無線を場所に応じてチャネルを変更するように指示することで実現されます。[要出典]フィラデルフィア周辺の通勤列車を運営するSEPTAの場合、Ansaldo はACSES (Amtrak northeast coil PTC プロトコル)を実装しています。CSXの場合、ACSES PTC トランザクションはすべて SEPTA バックオフィスの CSX に引き渡され、CSX は貨物列車との通信に使用する I-ETMS インフラストラクチャの展開を担当します。 SEPTA 相互運用性モデルは、公共安全無線コミュニティのモデルと非常によく似ており、異なる周波数とプロトコルを使用する異なる無線システムがバックオフィスでのみ相互接続され、システム間通信をサポートします。[引用が必要]
マルチバンドソリューション
大手貨物鉄道とアムトラックの場合、1 つの周波数帯域で十分だというのが答えのようです。これらの鉄道事業では、通勤鉄道よりもはるかに大まかな尺度で定時運行を測定しているため、遅延に対する許容度が高く、列車のスケジュールへの影響が少なくなっています。[要出典]さらに、通勤鉄道で導入された PTC 実装は、アムトラックや貨物鉄道のいずれよりもパフォーマンス エンベロープにかなり近い状態で実行されます。そのため、特に通勤鉄道の場合、PTC を単一の周波数帯域で実装するだけでは不十分な可能性があるという懸念があります。リアルタイムの列車制御をサポートするための単一の周波数帯域アプローチは、このようなアプリケーションで使用するのが困難であるという歴史があります。[要出典]この困難は、列車制御に限ったことではありません。人為的および自然的な干渉は、1 つの周波数帯域に依存するワイヤレス システムの動作に時々影響を及ぼします。このようなワイヤレス システムをリアルタイム制御ネットワークに使用する場合、ネットワーク パフォーマンスが時々影響を受けないようにすることは非常に困難です。 CSX は、1990 年代に900 MHz 高度列車制御システム(ATCS) ネットワークで伝播ダクトの問題を経験した際にこの問題に遭遇しました。 [41] AAR が 2000 年に FCC に PTC として検討するよう推奨した ATCS プロトコル (AAR が全国的な900 MHz「リボン」ライセンスを申請したとき) は、[42] 900 MHzと160 MHzの両方で列車制御操作をサポートできます。[43]後者の周波数帯は、いくつかの区画と短距離路線の ATCS にのみ使用されています。最近では、業界では PTC などのデータ アプリケーション向けに、より堅牢なマルチバンド無線ソリューションへの移行が進んでいます。2007 年、BNSF はマルチ周波数帯無線を使用した独自の ETMS PTC システムで初めて FRA の承認を取得しました。[44]さらに、2008年半ばには、AARがFRAの支援を受けて160MHzで使用する高性能データ無線（HPDR）を開発する取り組みが実際に行われ、音声とデータに使用する4バンド無線の契約がMeteorcommに授与されました。[45]これらの最近のマルチバンド無線の取り組みは、鉄道安全改善法が成立した2008年後半に棚上げされ、貨物列車は単一の周波数帯域構成で220MHzのみを使用してPTCを追求することを決定しました。アムトラックとほとんどの通勤列車はすぐにそれに追随し、220MHzを選択しました。[要出典]
通勤電車におけるワイヤレスPTCの適合性
鉄道安全改善法が可決されて間もなく、多くの通勤鉄道会社は独自の PTC プロトコルを開発しないことを選択し、代わりに貨物または長距離旅客 (アムトラック) の運行用に開発されたプロトコルを使用して時間と費用を節約することにしました。多数の小型で高速に移動する列車をサポートする必要がある都市通勤運行にこのようなプロトコルを導入することは困難です。少数の低速および/または大型列車用に開発および最適化された PTC プロトコルのパフォーマンス エンベロープが、定時運行に影響を与えることなく、通勤鉄道の運行などのより複雑な運用シナリオをサポートできるかどうかはまだわかりません。詳細で徹底的なプロトコル シミュレーション テストにより問題のリスクを軽減できますが、特にワイヤレス コンポーネントを考慮すると、変数が多すぎるため、特定の場所での特定の最悪の運用プロファイルで列車の運行に影響がないことを事前に保証することはできません。実際、システム受け入れテストでは、そのような最悪の運用プロファイルは、必要な労力のためにテストされないこともあります。大規模な通勤鉄道の各インターロックで、列車がインターロックで故障し、10～20 本の列車が 1 つの沿線の場所の通信範囲内にある場合、PTC プロトコルの列車容量制限を特定するために何が必要かを考えるだけで十分です。このような仮定のシナリオは、いくつかのインターロックではテストできますが、大規模な通勤鉄道の 30 以上のインターロックではテストできません。[引用が必要]
オープンスタンダード
連邦政府、メーカー、鉄道会社、コンサルタントなどの業界専門家の大規模なグループが、 IEEE 802.15ワーキング グループが後援する研究グループに参加し、 IEEE 802スイートのプロトコル開発で学んだ教訓を活用して、PTC のワイヤレス コンポーネントに対する包括的なソリューションを提案することを検討しています。この取り組みによって、現在進行中の米国 PTC の取り組みが大幅に変わることはないかもしれませんが、オープン スタンダードによって、すべての鉄道会社が、PTC のワイヤレス コンポーネントに対して、より相互運用性が高く、堅牢で、信頼性が高く、将来性があり、拡張性の高いソリューションを最終的に導入できる可能性があります。[引用が必要]
アップグレード費用
鉄道業界は、プロセス産業や電力会社業界と同様に、インフラ改善に関連する大規模な資本投資の投資収益が、資産が廃止され交換される前に完全に実現されることを常に要求してきました。このパラダイムは PTC にも適用されます。最初の PTC 展開に最初の 10 年間で大幅なアップグレードが行われる可能性はほとんどありません。投資収益の計算は単純なものではなく、鉄道会社によっては、たとえば 5 年後には PTC の特定のコンポーネントのアップグレードが正当化される可能性があると判断する場合があります。例としては、PTC の無線コンポーネントが挙げられます。オープン スタンダードによって、既存のシステムと下位互換性があり、PTC システムのパフォーマンスが向上し、運用コストを節約する改善も含まれる、より安価な無線製品が作成される場合、鉄道会社は PTC 無線の交換計画を検討するのが賢明です。[46]
展開
アラスカ鉄道
ワブテックはアラスカ鉄道と共同で、機関車に使用する衝突回避システム、Vital PTCの開発に取り組んでいる。このシステムは列車同士の衝突を防ぎ、速度制限を施行し、道路作業員と設備を保護するよう設計されている。ワブテックの電子列車管理システム（ETMS）は、ワブテックTMDSディスパッチングシステムと連携して、アンカレッジから列車の制御とディスパッチング操作を提供するようにも設計されている。[47]
機関車と指令員の間のデータは、Meteor Communications Corp (Meteorcomm) が提供するデジタル無線システムを介して送信されます。車内のコンピューターは、制限に近づいていることを作業員に警告し、必要に応じて列車を停止させます。[48]
アムトラック
アルストムとPHWの高度民間速度制限システム（ACSES）は、ワシントンとボストン間のアムトラックの北東回廊の一部に設置されています。ACSESはPHW社が提供するキャブ信号システムを強化します。パッシブトランスポンダーを使用して恒久的な民間速度制限を強制します。このシステムは、列車同士の衝突（PTS）を防ぎ、速度超過を防ぎ、一時的な速度制限で作業員を保護するように設計されています。[49] [50]
GEトランスポーテーションシステムズのインクリメンタル列車制御システム（ITCS）がアムトラックのミシガン線に導入され、列車は時速110マイル（180km/h）で走行できるようになった。[51]
2015年のフィラデルフィア列車脱線事故は、その列車が走行していた線路区間でポジティブ・トレイン・コントロールが正しく実施されていれば防げたはずである。速度超過警告/ペナルティ・コマンドは他の場所では設定されていたが、その特定の線路区間では設定されていなかった。[52]
バーリントン・ノーザン・アンド・サンタフェ（BNSF）
Wabtecの電子列車管理システム (ETMS) は、BNSF 鉄道の一部区間に導入されています。これは、既存の列車制御方法を補強するオーバーレイ技術です。ETMS は、測位にGPS を使用し、列車の位置と速度を監視するためにデジタル無線システムを使用します。これは、列車の衝突を含む特定の種類の事故を防ぐように設計されています。このシステムには、問題を警告し、適切な措置が取られない場合は列車を自動的に停止させるキャビン内ディスプレイ画面が含まれています。[53]
CSX
CSXトランスポーテーションは、鉄道運行の安全性を向上させるために、通信ベースの列車管理システム（CBTM）を開発しています。CBTMはETMSの前身です。[54]
カンザスシティサザン（KCS）
ワブテックの電子列車管理システム（ETMS）は、 2007年以来KCSのディスパッチソリューションとして機能してきたワブテックの列車管理およびディスパッチシステム（TMDS）と連携して、KCS線沿いの米国を拠点とするすべての鉄道事業にPTCソリューションを提供します。2015年1月、KCSはルイジアナ州シュリーブポートのTEaMトレーニングセンターで160人の初回クラスでPTCの人員トレーニングを開始しました。[55]
マサチューセッツ湾交通局 (MBTA)
1625～1652シリーズのボンバルディア制御車と（現在は引退した）1000～1017シリーズF40PH機関車を除くほとんどのMBTA通勤鉄道の機関車と運転台車には、アムトラック北東回廊に搭載されているPTC準拠のACSES技術が搭載されている。北東回廊のどのセグメントを走行するMBTAの列車も、機能するACSES車載装置を搭載する必要があり、これはプロビデンス/スタウトン線、フランクリン/フォックスボロ線、ニーダム線のルートの列車に影響する。MBTAは、2020年12月の連邦政府の期限であるフルシステムPTCに間に合わせるため、2017年と2018年の週末に一部の路線を運休した。[56]
メトロポリタン交通局 (MTA)
2013年11月、ニューヨーク都市圏交通局は、ボンバルディア・トランスポーテーション・レール・コントロール・ソリューションズとシーメンス・レール・オートメーションのコンソーシアムと、ロングアイランド鉄道とメトロノース鉄道にポジティブ・トレイン・コントロールを設置する4億2800万ドルの契約を締結した。[57] [58] LIRRとメトロノース鉄道の設置には、既存の信号システムの改修とアップグレード、およびACSES II [49]機器の追加が含まれる。シーメンスは、PTCの設置は2015年12月までに完了すると発表していたが、期限に間に合わず[59]、2020年末まで設置を完了しなかった。[60]
ニュージャージートランジット（NJT）
アンサルドSTS USA社の高度速度制限システム（ASES）がニュージャージートランジットの通勤路線に導入されている。列車が北東回廊を運行できるよう、アルストムのACSESと連携している。[29]
ノーフォーク・サザン（NS）
ノーフォーク・サザン鉄道は、2008年にワブテック鉄道エレクトロニクスと共同でシステムの開発に着手し、NSの線路にポジティブ・トレイン・コントロールを実装する計画を策定し始めました。NSはすでに6,310マイルの線路にPTCを実装しており、8,000マイルの線路でそれを実現する計画です。NSは、線路信号のないエリアでさらに作業する必要があり、また同社が取引している小規模鉄道会社がPTCに対応できるように準備する必要があることから、線路上でPTCを有効にするまでの期間の延長を要請しました。NSはシステムの問題を経験し続けており、従業員と線路を使用するすべての人の安全を確保するために適切な時間をかけてシステムを修正したいと考えています。NSは、PTC対応コンピューターを搭載した機関車を追加および更新し、それらの機関車を本線で使用できるようにしています。同社が保有する約4,000台の機関車のうち2,900台にPTC対応コンピューターが搭載されています。 NS は、高精度のシステムを使用して少なくとも 500 台の機関車を保管する計画です。NS は、鉄道の PTC 操作を支援するために、無線塔や制御点照明などの線路脇の機器を更新してきました。機関車の新しいコンピューターにより、機関車は互いに、また線路脇のシステムと対話できるようになりました。ノーフォーク サザン鉄道のゼネラル エレクトリックトランスポーテーションの機関車には、PTC の使用を支援するためにGPSが装備されています。NS のすべての機関車には、機関車に関するリアルタイム データを提供するコンピューター システムであるエネルギー管理が装備されています。このシステムは、列車の速度やブレーキ システムを制御することもできます。EM システムにより、機関車の燃料消費量が少なくなり、効率が向上します。NS の最終目標は、列車の完全自律運転です。このシステムは、ほとんどまたはまったく人間の介入なしに列車の移動ルートを指定するために使用される自動ルーターと一緒に使用されます。これら 2 つのシステムを PTC と統合することで、鉄道全体でより正確な移動と列車制御が可能になります。 NS、ユニオンパシフィック、CSXT、BNSF、バージニア鉄道エクスプレスは、各社のPTCシステムが相互に機能して安全な鉄道運行を確保することを確実にするために相互運用性をテストしてきました。このため、CSXT線路上のNS列車はCSXT列車のように動作する必要があります（またはその逆）。そのためには、すべてがスムーズに動作するために、鉄道会社が同じ通信および無線周波数を使用する必要があります。約3,000台の機関車にPTC対応コンピューターが搭載されています。[61] [62] [63] [64]
半島回廊共同権限委員会 (カルトレイン)
カルトレインの通信ベースオーバーレイ信号システム（CBOSS）は、サンフランシスコ、サンノゼ、カリフォルニア州ギルロイ間の半島回廊に沿って設置されているが、完全にはテストされていない。[65]カルトレインは、南カリフォルニアのメトロリンクで同様のシステムに取り組んでいたパーソンズ交通グループ（PTG）を2011年11月にCBOSSの実装、設置、テストに選んだ。[66] 2017年2月、カルトレインの取締役会は、2015年の期限に間に合わなかったとしてPTGとの契約を解除した。[67] PTGとカルトレインは、契約違反で訴訟を起こした。[65] [68] 2018年3月1日の取締役会で、カルトレインはI-EMTSの実装のためにワブテックに契約を授与すると発表した。[69]
地域交通局 (RTD)
2016年に開業し始めたデンバー都市圏の新しい通勤列車路線向けに、ポジティブ・トレイン・コントロール（PTC）と車両監視システムの技術が開発されている。[70]コロラド大学 Aラインが2016年4月22日にデンバー・ユニオン駅とデンバー国際空港間で開業した後、異なる架空電力セクション間の無電源ギャップの長さを調整すること、直撃雷、電線の引っ掛かり、踏切信号の予期しない動作など、一連の問題が発生した。[71]踏切の問題に対応するため、Aラインの建設と運営を請け負うデンバー・トランジット・パートナーズは、Aラインが地元の道路を平面で横切る各場所に踏切警備員を配置し、根本的な問題に対処するためのソフトウェアの改訂やその他の修正を模索し続けた。[72] FRAは頻繁な進捗報告を要求したが、RTDがBラインを当初の予定通り2016年7月25日に開業することを許可した。[73]これは、 Bラインの現在のルートには平面踏切が1つしかないためである。[72]しかし、FRAは、当初2016年秋に開通予定だった、ウィートリッジまでのより長いGラインの試験を、Aラインの横断問題の解決に向けてさらなる進展が見られるまで中止した。 [74] Gラインの試験は2018年1月に再開されたが、Aラインは免除の下で運行を継続した。[75] Gラインは2019年4月26日に旅客サービスを開始した。[76]
ソノマ・マリン地域鉄道交通 (SMART)
ポジティブ・トレイン・コントロールは、ソノマ・マリン地域鉄道交通局の63の踏切で導入され、当初の43マイル（69 km）の旅客回廊は、2017年8月25日にFRAがSMARTのPTCシステムに最終承認を与えた後、定期運行を開始しました。 [77] SMARTは、PTCの導入にE-ATCシステムを使用しています。[78]
南東ペンシルベニア交通局 (SEPTA)
SEPTAは2016年2月28日にFRAから地域鉄道路線でのPTC導入の承認を受けた。[79] 2016年4月18日、SEPTAはウォーミンスター線でPTCを導入し、同システムを導入した最初の路線となった。[79] [80] 2016年から2017年にかけて、PTCは様々な地域鉄道路線に展開された。2017年5月1日、パオリ/ソーンダル線、トレントン線、ウィルミントン/ニューアーク線（いずれもアムトラックの線路を走る）がPTCを導入し、地域鉄道路線で最後に同システムを導入した。[81]
南カリフォルニア地域鉄道公社（メトロリンク）
2008年のチャッツワース列車衝突事故に関与し、 2008年鉄道安全改善法のきっかけとなった南カリフォルニアの通勤鉄道システムであるメトロリンクは、ポジティブ・トレイン・コントロールを完全に実装した最初の旅客鉄道システムでした。[82] 2010年10月、メトロリンクはPTGにPTCの設計、調達、設置の1億2000万ドルの契約を授与しました。[83] PTGは、沿線信号機や中央オフィスと無線通信する車載列車コンピューターに位置を通知するGPS技術を使用するPTCシステムを設計しました。[84]メトロリンクは、2013年夏までにPTCを営業運転に投入する予定でした。[84]しかし、パーソンズは、2015年3月にFRAがメトロリンクに、サンバーナーディーノ線でワブテックのI-ETMSを使用したPTC RSDを営業運転に認可したと発表しました。[85]メトロリンクは、2015年6月までに所有するすべての権利保有マイルにPTCを設置し、アムトラック、貨物、その他の旅客鉄道パートナーと共有する線路にシステムを設置する作業を行っていると発表しました。[86]
ユニオン・パシフィック（UP）
1990年代、ユニオン・パシフィック鉄道（UP）はゼネラル・エレクトリックと提携し、 「精密列車制御」として知られる同様のシステムを実装した。このシステムには、列車の速度と位置に基づいて列車の周囲の「安全ゾーン」を調整する移動ブロック操作が含まれる予定だった。類似した略語は、時々この技術の定義をめぐって混乱を引き起こした。GEは後に精密列車制御プラットフォームを放棄した。[87]
2008年、ロッキード・マーティン、ワブテック、アンサルドSTS USA Incのチームがシカゴとセントルイス間のUP線路の120マイル区間にITCSサブシステムを設置した。PKグローバル、テックマヒンドラなどの他の大手ソフトウェア企業もPTCシステム開発における戦略的ITパートナーの一部である。[88]
2017年12月31日現在[アップデート]、ユニオンパシフィックは総路線マイルの99％、または17,000マイル以上にPTC信号ハードウェアを設置しました。ユニオンパシフィックは、同技術用に割り当てられた5,515台の機関車のうち約98％にPTCハードウェアを部分的に設置し、4,220台の機関車にPTCハードウェアとソフトウェアを装備して稼働させました。ユニオンパシフィックはまた、会社の線路沿いにPTCをサポートするために必要な沿線アンテナを100％設置しました。[89]
ユニオン・パシフィック鉄道は2024年7月に蒸気機関車4014号機にも独自のPTCシステムを装備し、炭水車の新しい区画に必要なハードウェアを設置した。 [90]これにより、蒸気機関車は補助なしで運転しながらPTCネットワークに参加できるようになり、2021年以降は補助ディーゼル機関車に搭載されたPTC機器に依存していた。
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さらに読む
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外部リンク
- ポジティブ・トレイン・コントロール – 連邦鉄道局