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新幹線の列車は最高で時速320qという速度で走っています。もしも、ほかの列車との衝突を防いだり、カーブや分岐器での分岐などの制限速度を示す信号がJR在来線などのように線路脇に表示されていたとしたら、運転士は皆、優れた動体視力を備えていなければとても確認できないでしょう。
そこで、フル規格の新幹線の区間では、信号を運転台に表示する ATC (Automatic Train Control device: 自動列車制御装置) が採用されました。ATCには大きく分けて2種類が存在しています。1つは信号を電流としてレールに供給し、車輪を通じて信号を受信する方式、もう1つは信号を無線で送り、車両の受信器で受信する方式です。
レールに供給する方式はフル規格のすべての新幹線で採用されています。無線の方式は 「RS-ATC」と呼ばれ、東北・上越・ 北陸・北海道の各新幹線と上越線の越後湯沢〜ガーラ湯沢間でバックアップ用として採り入れられています。
信号をレールに供給する方式も無線の方式も、ATCであれば基本的な仕組みは同じです。 駅の停止位置または先行する列車の位置に応じて後方の列車に向けて、制限速度を示した信号を送るのです。
位置の判別は、信号をレールに供給する方式では軌道回路といって線路を1km前後に区切って信号用の電流をレールに流し、軌道回路の数がいくつあるかで距離を示す。無線の方式では、無線が発信された基地局の情報をもとに位置がわかるようになっています。
後方の列車は信号を受け取ると、車上装置で駅の停止位置または先行の列車との距離をもとに車両の性能に応じて安全に停止するためのブレーキ作動パターンを作成していきます。車上装置は列車の速度と信号とを常に比較し、信号に示された速度よりも列車の速度が上回れば自動的に車両のブレーキを作動させ、下回ればブレーキを緩めます。
駅の停止位置が近づいたときはやはり自動的に車両のブレーキを作動させ、基本的には車両の定位置の直前までブレーキをかけ続けていくのです。信号をレールに供給する ATCは新幹線ごとに異なる名称が付けられました。
東海道・山陽の各新幹線と博多南線はATC-NS、東北・上越・北陸・北海道の各新幹線と上越線の越後湯沢〜ガーラ湯沢間はDS (Digital communication & control for Shinkansen) -ATC、九州新幹線はKS (Kyushu Shinkansen)-ATCといいます。
ATC-NSのNSはNew System や New Shinkansen という意味らしいですが、開発したJR東海は明らかにしていません。なお、KS-ATCはATC-NS に準じた仕組みをもっています。これらのATCは皆デジタル方式で信号を送っています。もちろん無線の方式のRS-ATCも、信号の送信はデジタル方式です。
在来線の線路を改良した山形・秋田の両新幹線ではATS(Automatic Train Stop device: 自動列車停止装置) が採用されています。フル規格の新幹線で採用されています。 ATC は列車の速度を自動的に制限速度以下に制御する装置です。
一方、ATSは列車が停止信号に接近すると列車を自動的に停止させる装置で、ATCと比べると列車の運転には運転士の注意力が必要です。山形・秋田の両新幹線では信号は地上の信号機に表示され、カーブや分岐器を分岐する際の制限速度もやはり線路脇に示されます。
このため、運転士は常に前方の信号に注意を払い、列車の進路も考えてスピードをコントロールしなくてはならないので、とても難しいことではあるけれど、JR在来線や民鉄の大多数の列車はそのように運転されています。
ATSの説明の前に、地上の信号機に表示された信号の意味についてですが、山形・秋田の両新幹線では色のついた灯が縦に並べられた色灯式信号機が用いられています。表示される信号の数は基本的に以下の3つです。
@赤色の停止信号。A 橙黄色 (橙色がかった黄色) の注意信号。B緑色の進行信号。@→A→Bの順序で点灯し、進行信号の次は停止信号です。道路交通用の信号機とは点灯する順序が異なります。
停止信号が示されていたら、その信号機よりも列車を前に進めてはならないのです。注意信号は周囲に注意して進むのではなく、時速45kmまたは55km以下で通過することが求められます。進行信号とはその区間の最高速度で進行してよいという意味です。
制限速度は四角形の金属製の板に5km単位で記され、運転士にわかるようになっています。 カーブでは速度を記した数字の下にもう1枚板が取り付けられ、制限速度の区間があと何m続くのかも同時に表示されていることが多いです。山形・秋田の両新幹線では、ATSのなかで保安度が最も高いものの1つです。
ATS-P形が採用されました。ATS-P形では、信号機が停止信号を表示すると、信号機から600m離れた場所に設置された地上子が車両に向けて停止信号を表示している信号機までの距離についての情報を送ります。地上子は左右のレールの間のまくらぎに設置されていて、車両に取り付けられた車上子との間でデジタル情報のやり取りを行うようです。
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