ニューヨーク市地下鉄の信号設備

ニューヨーク市地下鉄の信号設備ではアメリカ合衆国のニューヨーク市地下鉄で使用される信号設備全般を解説する。

1. 概説
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ニューヨーク市地下鉄のほとんどの列車は手動で運転されている。2022年現在、自動閉塞信号機を使用しており、地上に設置された信号機と打子式自動列車停止装置を備える。信号システムの多くの部分は、1930年代から1960年代にかけて設置された。設計が古いため、多くの交換部品は信号供給業者から入手できず、地下鉄を運営するニューヨーク市交通局向けに特注する必要がある。また、一部の地下鉄路線は線路容量が限界に近く、現在の仕様では臨時列車の運行が不可能である。

地下鉄では2種類の固定閉塞方式がある。現在のスキームは、もともとブルックリン・マンハッタン・トランジット  とインディペンデント・サブウェイ・システム  の仕様に合わせて建設され、すべてのAディビジョンとBディビジョンの路線で使用されている。Aディビジョンの信号方式は以前まで異なる方式が使用されていたが、2017年9月に IRTダイアー・アベニュー線の信号がBディビジョン方式に切り替えられ、使用されなくなったiv}}。

ニューヨーク市地下鉄の近代化の一環として、メトロポリタン・トランスポーテーション・オーソリティ  は自動的に列車を制御・運転する通信ベースの列車制御  技術で自動化することを計画している。CBTCは大部分が自動化されており、移動閉塞システムを使用している。これにより、列車の運転間隔が短縮され、列車の頻度と容量が増加し、列車の位置が制御室に中継される。CBTCは車両側にも専用の設備が必要なため、導入にあたり新型車両の導入や車両改造によって対応させている。

2. 固定閉塞信号
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ニューヨーク市の地下鉄網は、1904 年の開通以来、ほとんどの区間で固定閉塞方式を使用してきた。2014年5月現在、約 14,850基の閉塞区間、3,538基の本線用転轍機、183か所の主要な分岐点、10,104個のトリップアーム、および 339,191基の信号用継電器で構成されている。列車はかつて各分岐点に設置された信号扱所によって制御されていたが、集約された信号扱所を用いるようになって置き換えられていった。最終的に、こうした集約した信号扱所も、マンハッタンのミッドタウンにある単一の信号制御センターに集約された。

こうした信号機は、列車が占有している閉塞区間に他の列車が入るのを防ぐように機能する。通常、1閉塞の長さは 1,000 フィート  だが、IRTレキシントン・アベニュー線などの使用頻度の高い路線では、閉塞区間を短くしている。2本の走行レールは電流を通すため、軌道回路を形成している。軌道回路が開いていて、レール間を電流が流れない場合、列車がこの軌道回路に在線していないということであるため、信号機は緑色に点灯する。列車が閉塞に入ると、金属製の車輪がレール上の回路を閉じ、信号が赤になり、列車が在線していると検知する。列車の最高速度は、列車の前で開通している閉塞の数によって異なる。ただし、信号は列車の速度を記録せず、閉塞内の列車位置も検知していない。赤信号の際は付帯のトリップアームが上昇しており、列車が赤信号を通過すると抵抗制御・SMEE式空気ブレーキ車の場合ブレーキ管を開くコックが、VVVFインバータ制御・電気指令式ブレーキ車の場合非常ブレーキ指令線回路を遮断するスイッチがそれぞれ作動し非常ブレーキが扱われる。

現在地下鉄で使用される信号機は、列車の動きによってのみ制御される自動信号機、信号扱所からの操作によって強制的に停止現示を表示させることのできる接近信号機、信号扱所から進路制御して現示される場内信号機、その他の信号機に区分されている110–111}}チャプター2}}。

自動信号機と接近信号機は一般的に、以下のどれかの現示1つを表示する灯器を備えている。

停止：停止、誘導信号機と時素信号機には特殊規定あり110–111}}
進行：次の信号は進行または注意110–111}}
注意：次の信号は停止110–111}}分岐点手前の場合、地下鉄は速度信号と経路信号の両方を使用する。上部の灯器が速度信号、下部の灯器が経路信号であり、経路信号は直進側を緑、分岐側を黄で示している110–111}}75–77}}。

耐用年数とされる約50年よりも約30年ほど長く使用している信号機もあり、老朽化した信号機は故障しやすい。信号の問題は2016年現在では地下鉄の遅延の13%を占めているため、信号システムの更新が急務となっている。また、一部の地下鉄路線は列車の容量制限に達しており、現在の信号システムではこれ以上の列車運行ができない。

2.1. 固定閉塞信号の種類
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2.1.1. 通常の信号機
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以下に、信号機内方の閉塞区間に分岐のない場合の固定閉塞信号の現示状態を図示する73–84}}。

TTC-signal-block-green.svg|進行 TTC-signal-block-yellow.svg|注意、次の信号機は現在停止現示である TTC-signal-block-red.svg|停止、この信号機を通り過ぎると自動列車停止装置が作動する NYCT-signal-block-yellow-S.svg|ツーショット方式の速度制限用時素信号機、次の信号機は、速度制限適用の時素の要素によってのみ停止現示となっている NYCT-signal-block-yellow-D.svg|ツーショット方式の速度制限用時素信号機、次の信号機は場内信号機で分岐側に開通しており、速度制限適用の時素の要素によってのみ停止現示となっている TTC-signal-block-red-lunar.svg|ワンショット方式の速度制限用時素信号機で、また時素時間を経過していない NYCT-signal-block-red-20.svg|時素信号機、表示された速度で進行すれば開通する

信号の色は現在全線で上から緑・黄・赤となっているが、以前IRTで使用されていたものは黄色と赤の配置が反転していた73, 77–78}}110–111}}。

2.1.2. キーバイ信号機
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ニューヨーク市地下鉄の信号システムでは、自動式および手動式の「キーバイ」 信号機というものがあり、停止現示の地上の閉塞信号機に車掌が物理的な鍵を挿入することで、注意現示に変えることができる。キーバイ信号機を操作するときは、トリップアームを自動または手動で解除する操作を伴う必要があり、それから線路上に障害物があれば止まれるように十分注意して進行するxiv}}40–41}}。

1970年までは、列車が赤信号で一時停止した場合、運転士はキーバイ操作をして赤信号を通過することが許可されていた。列車の運転士は、赤信号で一時停止し、運転台から線路の高さまで降り、鍵のような装置を使ってトリップアームを下げるxiv}}178}}。1970年のホイト-スカーマーホーン・ストリーツ駅の北での事故など、キーバイ操作をして進行して他の列車に衝突した何件もの事故が起き、運転指令員によって許可が与えられない限り、キーバイ操作をすることは禁止されたxiv}}178}}。

2.1.3. 時素信号機
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地下鉄の速度制御は時素信号機によって行われる。列車が特定の地点を通過するとすぐ、カウントアップするタイマーが開始され、事前に設定された時間が経過するとすぐに信号機を進行現示へと変える。設定されている時間は、制限速度とタイマー開始地点から信号機までの距離から計算される。時素信号機は、勾配、カーブ、または車止めの前で速度を監視する「勾配型」と、列車が駅を出発している最中に、一定の速度以下であれば他の列車が駅に進入できるようにする「駅型」に区別される。勾配型には2つのタイプがあり、最初のタイプの「ツーショット・タイマー」は、一般に長い区間で設定速度以下で列車が走らなければならないような下り坂などで使用される。制限速度内で信号機を通過する機会が2度あるため、この名前が付けられた。一方、「ワンショット・タイマー」は急カーブで見られ、制限速度内で信号機を通過する機会が一度しかないことから名付けられた。

2.1.4. 中継信号機
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中継信号機はカーブでの列車運行の安全を確保するために使用される。中継信号機は、カーブの先にある信号機の現示をそのまま表示しており、中継対象の信号機とは線路の反対側に設置される111}}。

2.1.5. 車輪検出装置
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信号のもう1つの付帯設備として、車輪検出装置が存在する。これらは、対象の車両の車軸がどれだけ速く動いているかを測ることで、列車の速度を測定できるセンサーである。1996年に初めて導入されたこの装置は、列車が分岐器を通過する際の速度制限の適用をさらに強化するもので、分岐側に開通している場合にのみ有効化される。列車の運転士が勾配型の時素信号機の開始時にゆっくりと走行し、その後制限速度を超過するがトリップアームによって非常ブレーキをかけられずに走るようなことを防ぐ。表示が点滅しているときは、列車が制限速度を超過しておりトリップアームが動作することを示しているxv}}。

2.1.6. 可動ステップ信号
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可動ステップが設置されているIRTレキシントン・アベニュー線14丁目-ユニオン・スクエア駅には可動ステップの動作状態を示す信号機を設置している。以前はブルックリン・ブリッジ-シティ・ホール駅やIRTブロードウェイ-7番街線サウス・フェリー駅にも設置されていた。

これらの駅では、可動ステップがホームからせり出し、カーブしている駅でのホーム・車両間の隙間を減らしている。信号は、単一の赤灯火とその下にある「GF」インジケーターで構成されている。信号が赤のときはステップがせり出していることを示し、消灯すると、ステップが格納されて、列車の速度を上げて駅を出発できることを示すxv}}86}}。

2.2. 連動信号機の種類
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連動領域は、分岐器で接続された2本以上の線路で構成される。列車の進路は、連動領域において互いに干渉する可能性がある。1つの進路が設定されると、その進路と競合する動きを防ぐように転轍機と信号機が特定の方法で構成されている。連動信号機は、連動領域に設置された信号機で、緑-黄-赤を組み合わせた灯器2つを備え、付属の灯火もしばしば付いている。場内信号機は、連動信号機の一種であり、ある進路または閉塞の入口に立てられて、その進路または閉塞に進入しようとする列車を制御する。ほとんどの連動領域では、各線に1つの信号機しかないxii}}75}}。場内信号機の中には、下部に3番目の黄の灯火が付いており、誘導信号機と呼称される。誘導信号機の働きにより、列車の運転士は信号機のそばに設置されたレバーを押してトリップアームを下げることができ、信号機が赤を表示していても、列車は低速で信号機を通過できるxiv}}79}}。検車区内でも同様の信号機が見られる。3つの灯器がすべて黄を表示している場合、列車は停止することなく低速で信号機を通過できるxiv}}。

連動信号機は、列車の動きに依存して動作するのではなく、連動領域の近くにある信号扱所の扱い手によって制御される。列車の乗務員は、連動領域に最も近い駅の、運転台の窓の横のあたりにあるパンチボックスを使用して、列車がどの線路に行くかを信号扱所に通知する必要がある。信号扱所では経路を変更できるよう、信号扱室内に制御盤を備えているxii}}74}}。

連動信号機は、どちらに分岐器が開通しているかも運転士に知らせる。連動信号機の上段は信号機内方の閉塞区間の開通状態を、下段は開通している進路を表す。地下鉄で使用されている連動信号機の現示状態を以下に図示する110–111}}76–78}}。

TTC-signal-interlocking-green-green.svg|進行、分岐器は直進側に開通 TTC-signal-interlocking-yellow-green.svg|注意、分岐器は直進側に開通、次の信号機は現在停止現示 NYCT-signal-interlocking-green-yellow.svg|進行、分岐器は分岐側に開通 TTC-signal-interlocking-yellow-yellow.svg|注意、分岐器は分岐側に開通、次の信号機は現在停止現示 TTC-signal-interlocking-red-red.svg|停止 TTC-signal-interlocking-red-red-callon.svg|誘導信号機が開通、列車は停止現示の信号機内方に進行できる NYCT-signal-interlocking-yellow-S-green.svg|ツーショット方式の勾配型時素信号機、分岐器は直進側に開通、速度制限適用の時素の要素によってのみ停止現示となっている NYCT-signal-interlocking-yellow-S-yellow.svg|ツーショット方式の勾配型時素信号機、分岐器は分岐側に開通、速度制限適用の時素の要素によってのみ停止現示となっている NYCT-signal-interlocking-yellow-D-green.svg|ツーショット方式の勾配型時素信号機、分岐器は直進側に開通、次の信号機は場内信号機で分岐側に開通しており、速度制限適用の時素の要素によってのみ停止現示となっている NYCT-signal-interlocking-yellow-D-yellow.svg|ツーショット方式の勾配型時素信号機、分岐器は分岐側に開通、次の信号機は場内信号機で分岐側に開通しており、速度制限適用の時素の要素によってのみ停止現示となっている NYCT-signal-interlocking-red-lunar-red.svg|ワンショット方式の勾配型時素信号機で、また時素時間を経過していない NYCT-signal-interlocking-red-20-red.svg|駅型時素信号機、表示された速度で進行すれば開通する

2.2.1. 特殊な信号
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ディカルブ・アベニュー駅では1958年の配線工事まで3方向に分岐する転轍機が存在していた。3方向目にあたる分岐を使用する際は特殊な青信号を使用していた。

このほか小型信号機が存在し、不定期に通常と反対方向に列車を運行する際に分岐器付近で使用される。信号扱所によって手動制御され、一般的な運行の一部ではなく、トリップアームを設置しないことが普通である。

2.3. 近代化
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1927年6月8日、ニューヨーク州交通委員会  は、ブルックリン・マンハッタン・トランジット  に、信号のない残りの 142 マイル  の緩行線に自動信号機とATSを設置するよう命じた。続いて、1927年6月29日にインターボロー・ラピッド・トランジット  に、信号のない 183 マイル  の緩行線すべてに自動信号機とATSを設置するよう命じた。この工事には、BMTで934万5800ドル、IRTで1332万8400ドルかかると見積もられた。1931年3月16日、BMTジャマイカ線の168丁目駅 からブロードウェイ・ジャンクション駅までの信号機設置が完了した。続いてIRTホワイト・プレーンズ・ロード線のウェイクフィールド-241丁目駅からガン・ヒル・ロード駅までの区間は1931年6月7日に完成し、IRTペラム線の高架部分の工事は1931年8月5日に完成した。BMTマートル・アベニュー線マートル・アベニュー-ブロードウェイ駅からメトロポリタン アベニュー駅までの区間は1931年10月4日に完成した。BMTブライトン線の信号設置は1931年12月16日に完了した。

1995年にウィリアムズバーグ橋で2つの列車が衝突し、列車を別の列車の後ろに追突させた運転士が死亡した後、MTAは信号と列車の両方を修正して平均速度を下げた。列車の最高速度は時速 55 マイル  から時速 40 マイル  に引き下げられ、MTAは勾配型の速度制限信号機を設置して、列車が制限速度以下で走行した場合のみ進行できるようにした。こうした時素信号機の中には、うまく働かないものもあった。運転士が指示された制限速度まで列車を減速させたとしても、止められてしまう場合があったのである。運転士の中には、指示されているよりも長い時間を待たせる信号機であった場合に備えて、列車を制限速度よりさらに遅く走らせる場合があった。これにより、一部路線では線路容量が減少し、1時間あたりの列車数が少なくなって、混雑を激化させた。2012年までに1,200箇所以上の信号機が交換され、そのうち 1.1%  により、乗客は変更前と比較して、平日の列車内滞在時間が2,851時間増加した。2018年半ばまでに、信号が交換されたところは1,800箇所に増加し、年末には2,000箇所に達した。

2017年現在、地下鉄の最古の信号の一部は80年前のものであり、頻繁に故障したため、さらに遅れが生じ、MTAは2017年に地下鉄の緊急事態を宣言するに至った。MTAの調査により、2017年12月と2018年1月では、信号機の故障により1万1,555回の列車の遅延が発生したことが分かった。2018年夏、市交通局は時素信号機が運行に大きく影響を与える20か所の評価を開始した。

線形や車両設計の改良により、列車がより高速で運行できるようになったにもかかわらず、制限速度はあまり変わっていなかった。このため、可能な範囲で速度制限を引き上げようという動きが出た。2018年の夏、市交通局の局長であるアンディ・バイフォードは、列車運行のやり方を変えて遅延を減らすために「SPEED」部隊を結成した。その後すぐに、MTAは地下鉄網全体の初めての時素の見直しの一環として、表示されている制限速度で列車が走れるかどうかを評価するためにタイマーの試験を開始した。MTAは最終的に、列車が制限速度で進むことを妨げ、列車を意図したよりも大幅に遅く走らせた267の故障した時素信号機を特定した。信号機が誤動作しているにも関わらず、当局の厳しい規律を重視する文化から、表示された速度またはそれに近い速度で信号機を通過する列車の乗務員は罰せられていた。バイフォードは、「安全性と速度が両立しないとは思わない」と述べている。2018年12月までに、部隊は制限速度を上げることができる130か所を発見し、そのうちのいくつかは修正中だった。また、一部で制限速度が2倍になり、平均速度が一般的に 10 ～ 20 mph  から 40 mph  に引き上げられることが発表された。2019年1月までに、タイマーの95%が試験され、発見された320個の障害のあるタイマーが修正中であることが発表された。さらに、68か所で制限速度の引き上げが承認された。翌月、MTAは地下鉄信号の専門家ピート・トムリンを雇った。2021年3月現在、MTAは前年から64か所で速度制限を引き上げている。

2.4. チェイニング
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ニューヨーク市地下鉄の路線上の位置を正確に特定するために、チェイニングと呼ばれる距離程が使用される。チェイニング・ゼロと呼ばれる定点から線路の経路に沿って距離を測定する。したがって、線路に沿った距離であり、2点間の最短距離ではない。このチェイニング・システムは、マイルポストやマイレージ・システムとは異なる。ニューヨーク市の地下鉄システムは、1チェーンが66フィート  の測量士のチェーンではなく、1チェーンが100フィート  の技術者のチェーンを使用するという点で、他の鉄道チェーン・システムとは異なっている。チェイニングは、指定された路線上の列車の位置を確認するために、列車無線と組み合わせて地下鉄線全体で使用される。

3. 自動列車監視制御装置
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ニューヨーク市地下鉄は、Aディビジョンで列車の運行管理と進路制御に自動列車監視制御装置  と呼ばれるシステムを使用している。ただし、IRTフラッシング線を走る7系統・<7>系統の列車では使用されていない。これは他のAディビジョン各線と直接線路が繋がっておらず、AディビジョンのATS-Aプロジェクトが開始される前から通信ベースの列車制御装置  の導入計画があったためである。ATSを使用すると、運転指令室  の運転指令は、列車がどこにいるか、個々の列車が早く走っているか遅れているかをリアルタイムで確認できる。列車ダイヤが乱れたときには、旅客サービスを改善するために、指令は、列車の接続のために列車を抑止したり、経路変更を行ったり、途中で折り返したりする。また、列車が到着するまでの分数を表示する発車標の設置を容易にするためにも使用され、AディビジョンとBMTカナーシー線で使用される。4系統の列車の1991年ユニオン・スクエア駅脱線事故で5人が死亡した後、1992年にBMTカナーシー線とAディビジョン各線のためにATSの導入が最初に提案された。カナーシー線のCBTCは2年後に提案された。

ATS-Aの展開には、将来のCBTCに対応できるよう信号を改良すること、および23箇所の信号扱所からの操作を信号制御センターに統合することが含まれていた。パーソンズ・コーポレーションは、MTAがAディビジョンの線路の175マイル  にシステムを設置するのを支援し、BディビジョンへのATS導入の準備計画を立てた。このプロジェクトは最終的に2億ドルを費やした。その完成は5年遅れ、最終的にATS-Aの実装には14年かかった。しかし、ATS-Aの展開は複数の問題により遅れた。ニューヨーク市地下鉄の設備の独自の仕様、MTAが外部の請負業者ではなく自局の従業員を使用することを選択したこと、および請負業者の不十分な訓練がすべて遅延の原因となった。さらに、MTAはATSの試験の期限を遅らせ続けた。しかし、プロジェクト中の最大の問題は、MTAと請負業者がうまく協力できなかったことで、主にコミュニケーション不足が原因だった。

2006年、2008年、2010年に、MTAはBディビジョンをATSにアップグレードすることを検討したが、複雑すぎて時間がかかりすぎるため、提案を却下した。しかし、MTA は、列車の発車標に対する利用客の需要が高いため、CBTCと「統合型運行情報管理装置」  という名前の新しいシステムを組み合わせて使用すると述べた。2011年に開始された、より単純なISIM-Bシステムは、基本的に軌道回路からのすべてのデータを結合し、それらをデジタルデータベースに統合する。必要な唯一の改良工事は信号扱所で実施する必要があった9–10}}。当時、Aディビジョン全体がATSを備えていたが、Bディビジョンでは7線区のみが近代化された制御システムを備えていた (INDコンコース線、63丁目線、BMTアストリア線、BMTブライトン線、BMTフランクリン・アベニュー線、BMTシービーチ線、BMTウェスト・エンド線、およびINDカルバー線の一部とクイーンズ・プラザ駅周辺の線路）