自動列車停止装置
しかしながら、通達の基準に該当しない中小事業者ではATS整備が遅れた所も多く、ATS未整備の路線において停止信号冒進による衝突事故が発生し、事故後にATSを導入するという後手の対策となりがちであった。1987年(昭和62年)4月に運輸省省令で全国の鉄道会社にATSの原則設置義務付けを行ない、1990年(平成2年)には全国の地方運輸局を通じて早期設置の申し入れをおこなったが、2001年(平成13年)の京福電気鉄道(現在のえちぜん鉄道)の正面衝突事故を契機に、国土交通省から中小事業者に対し、ATS整備の指示と、補助金が支給されたことにより、未設置路線へのATS設置が促進された。
1967年(昭和42年)運輸省通達は当時の国鉄には適用されず、JR発足の前日である1987年(昭和62年)3月31日付けで廃止されたため、JR各社に適用されることはなかった。一方、鉄道に関する技術上の基準を定める省令が2002年(平成14年)3月31日から施行され、ATS設置の判断が従来の認可制から届出制に変わった。また、2006年(平成18年)3月の技術基準改定で、曲線、分岐器、線路終端などの線路の条件に応じた速度照査機能が必須となったため、安全性の向上と現行ダイヤの維持を目的としたATSの改良やATC化を発表した私鉄もある。
地上装置の地上子から、停止信号・速度制限の位置や距離・勾配などの情報をデジタル送信で車上子を介して列車に送り、列車はこれらを基に自車の制動性能と走行距離から刻々の上限速度すなわちパターン(その列車が制動開始から停止・減速するまでの速度変化を表す曲線)を作成し、その上限速度値を用いて速度照査を行う。発生するパターンの最高速度は、車種ごとの最高運転速度+10 km/hに設定されており、停止パターンが発生していない状態でも常時有効となる車両最高速度照査も行われている。
地上装置はJR東日本・相模鉄道(相鉄)ではI形、JR西日本では1形とも呼ばれているが、後者は列車から次の駅の停車かまたは通過かの「通停判別」とATS-P形を搭載しているとの情報を、地上装置が受信して種別による踏切の定時間制御と信号機の現示アップを行う、地上と車上の双方向に情報を伝達するトランスポンダ式に変更されている。
以下、本記事内では便宜上、I形を「JR東日本・相鉄方式」、1形を「JR西日本方式」と記述する。
停止信号を基準位置として車上で刻々算出した制限速度値(パターン)と比較して、そこまでに徐々に減速できるため冒進は起こらず、安全のための余裕距離もほとんど不要な優れた方式である。停止信号に対する制限と、4種の速度制限を設定でき、それらのうちの最低値で速度照査を行う。ATS-S・ATS-B形とは異なり、警報ベル音がなったあとに行なう確認扱い動作は必要としない。
なおJR西日本管内(新宮駅、猪谷駅構内を含む)と篠ノ井線のスイッチバック構造で後退運転する姨捨駅・桑ノ原信号場(構内のみATS-SN)、中央本線辰野支線内・辰野駅構内・大糸線の一部区間、関西本線亀山駅・伊勢鉄道・愛知環状鉄道(ATS-STのまま)、駅構内の一部の貨物発着線、貨物線内 (ATS-SF) などで車両側にATS-STが必要である。
運転席を立ち上げる時はATS-STで起動され、ATS-Pの地上子を通過してATS-PTに切り替わる点は、他社のATS-Pと同様である。
車両表記は、東海ではPT。
車両別の対応状況
●付きは引退またはJR東海エリアからの定期運用撤退車両
JR東海が保有する車両 211系、213系、311系、313系、315系、383系、キハ11形、キハ25形、キハ75形、キハ85系、HC85系、キヤ95系、キヤ97系、117系●、119系●、371系●、キハ40系●(JR東海全車両) ATS-PTの車上装置を新たに設置した。2008年以降に製造された車両には、製造時から設置されている。 (119系は2012年3月改正で、117系は2013年3月改正で引退、371系も引退、キハ40は2016年引退) 285系 他社区間で使用するために設置したATS-P車上装置をそのまま使用する。 373系 ATS-P(東日本仕様)からATS-PT(東海仕様)に換装している。
JR東日本が保有する車両 E257系(大宮所属の修善寺発着「踊り子」)、211系(長野(甲信地区)所属)、E231系(近郊仕様の1000番台。国府津(東京地区)または小山(北関東地区)所属。主に東京経由東北本線・高崎線直通のみ)、E233系(近郊仕様の3000番台のみ。
ATSの種類は、信号と連動して働く衝突防止のATSと、信号と独立して働く過速度に対するATSに大別される。また、運転上の取扱い方法についても、以下のように2つに分けることができる。
停止信号に近づいたときに警報を発し、乗務員が警報に応じた所定の取扱をしない場合に列車のブレーキを動作させる装置。(国鉄B型・S型)
乗務員が信号に従った運転取扱いを行っている場合はその運転に介入せず、乗務員の(体調不良、錯誤、故意など理由を問わず)異常な取扱いが行われた場合にだけ介入して列車のブレーキを動作させる安全装置。
ATS装置には様々な構造があり、同一路線でも別の装置が併用・機能分担されている場合がある。以下に、その構造と分類を概説する。
列車の速度を計測し、その速度が許容された速度の範囲内であるか否かを照合することを速度照査(そくどしょうさ)と言う。
両者とも、最後に15 km/hパターン速度以下で信号機に接近する際には、信号機の手前20 mの直下地上子によって非常ブレーキが作動する。また信号機がR現示で車上側で速度照査パターンを生成させた後に信号機がG現示となった場合(現示アップと呼ばれる)、3個の地上子の変周周波数は103 kHzになり、その変周周波数を車上側が受信すると速度照査パターンは消去される。
速度制限の場合は、カーブ・分岐器・勾配・臨時の4種類の速度照査パターンを発生させ、カーブ・勾配・臨時の速度制限と分岐器速度制限の場合、前者は速度制限区間の始点から555 m手前に2個のマーカ地上子を制限速度に応じて地上子間隔を変えて設置し、速度制限区間の終点に同じく2 mの間隔で設置する。車上側には速度制限区間までの速度照査パターンを発生させた後に速度制限区間の終点でパターンを消去する。後者は分岐器の速度制限区間の始点から555 m手前に2個のマーカ地上子を制限速度に応じて地上子間隔を変えて設置し、分岐器までの速度照査パターンを発生させた後に分岐器速度制限区間の最大長である50 mの距離を通過後、自動的にパターンを消去する。
マーカ地上子は、エンコーダ方式のATS-Pと同じく、下り勾配で信号機が停止現示である場合、車上側に速度照査パターンの補正を行うことも兼ねており、これはY現示速度以下しか対応しないATS-ST・Sx系過走防止装置とは際だった違いになっている。さらにPs形は入換信号機の地上子にも使用されており、入換信号機の停車位置に直下地上子とその手前20 - 40 m以内に変周周波数の異なる2個のマーカ地上子が3 m以内の間隔で設置されており、停止現示で接近した際には、車上側に30 km/hの頭打ちパターンが発生して、その後、直下地上子で非常ブレーキが動作して入換信号機を冒進できないようになっている。
ATS-Pは、停止限界点など基準点を基に、自列車の位置と減速性能、勾配から刻々の走行限界速度を「車上演算」で求めて速度照査し、減速・停止するATSである。 その車上演算方式は優れた実績から、デジタルATCなど後発の保安装置に多く採用された。 確認ボタンを押すと後は制御が働かなくなるATS-S形の欠点を改善するために開発されたATSである。
以上の仕様から、ATS-Dxのシステムは地上系および車上系においてATS-Sxの動作を継承しつつ機器や機能を付加更新するものであり、ATS-Sxシステムを全面的に置き換えたり、独立したシステムが併存しており走行中にシステム切替をするものではなくその点でATS-Pとは異なる。また、ATS-Dx地上子との通信が正常完了しなかったり、ATS-Dx系の車上機器に故障がある場合は、自動的にATS-Sxによる制御にダウンし、事実上のバックアップ系として動作している。(後述)
線形情報を車上DBに保持するためATS-Dxにおいては車上装置が常時自列車の絶対位置を保持しておく必要があり、これは他のパターン照査式ATS(ATS-P等)と同様に速度発電機により距離積算計測を行っており、絶対位置確定用地上子を設置併用して自列車位置補正を行っている(後述)。
トランスポンダ(地上子)とは、鉄道ではデジタル情報送受地上子のことで、送信機能のみのものも含めて呼んでいる。ATS-P形で知られる様になったが、それ以前にも新幹線には多数使われている。元々はトランスミッタ(送信機)とレスポンダ(応答機)で構成される通信機器のことであり、問い合わせに対して応答するもの、もしくは中継器を指していて、多くの情報を高品質と高速度で伝達する機能を有している。
トランスポンダ式地上子を使用している、ATS-P形の基本的な地上設備は、符号処理器 (EC) と中継器 (RP) と地上子で構成されており、地上子と車上子との間の送受信に使用される周波数(搬送波)は、有電源地上子又は無電源地上子から車上子に送信する際は1708 kHz、車上子から有電源地上子に送信する際は3000 kHz、車上子から無電源地上子に送信する際は245 kHzを使用しており、変調方式はFSK変調(Frequency Shift Keying : 周波数偏移)を使用している。通信方式は双方向での情報伝達が可能なよう二重通信方式を使用しており、64 kbpsの伝送速度で、HDLCのフレーム構成に準拠した電文構成により、1フレームあたり88又は96ビットのデジタル信号が、繰り返し伝送されている。また、地上装置と車上装置の間では、そのデジタル信号を一旦変換(変調)してから、送受信を行うため、その変換手段としてモデムを使用しており、その変調器 (MOD) と復調器 (DEMO) を使用して、送信の際では、変調器にデジタル信号を入力して変調波を出力させ、受信の際では、復調器に変調波を入力してデジタル信号を復元させることにより、情報を得られるようになっている。