JR九州が導入予定のATS-DKの紹介と考察 鉄道総研報告より
JR九州の事業計画に新型ATS（ATS-DK）の情報が掲載されて以降、ATS-DKの内容に関する公式発表がJR九州から行われることはなかったが、鉄道総合技術研究所の発行する技術論文誌に情報が掲載されていたので紹介する。ATS-Dxは総研が開発したがJRが導入しなかったATS-Xを、車上データベースを使い低コスト化したもので、JR北海道向けのDNとJR九州向けのDKがあり仕様の違いも説明されている。また読んでいて疑問などが生じたためそれに対する分析なども書いている。
- 発行：鉄道総合技術研究所
- 雑誌名：鉄道総研報告
- 号：第24巻 第3号 2010年3月号 特集：信号通信技術
- 概要（PDF1ページ）：車上データベースを用いたATS-Dxの開発
- 本文（PDF5ページ）：車上データベースを用いたATS-Dxの開発
- 著者：
- 藤田 浩由 信号通信技術研究部（信号）
- 新井 英樹 信号通信技術研究部（信号）
- 佐藤 和敏 研究開発推進室（ＪＲ）
- 門脇 雅明 北海道旅客鉄道株式会社（工務部）
- 貞苅 路也 九州旅客鉄道株式会社（電気部信号通信課）
ATS-Pに対するATS-Dxの違い
従来のSx形では線路内側の進行方向左側に地上子を設置していたが、P形では従来のSx形とは全く異なる形状の地上子を線路中央に設置して車上子も新たに車両に搭載していた。今回のDxではSxと同じ形状の地上子を使い、従来の共振周波数にディジタル信号を重ねて送信できる（ATS-Xで開発済み）。車上子もSxと同じものを使い、制御部分などは置き換える。また地上ケーブルは同じものを使えるなど、従来のSxの資産を最大限有効活用できるようになっている。またP形では全ての速度照査は地上からの情報を基に行っていたが、Dxでは車上データベース（DB）の活用によって、車種によって異なる速度制限のパターン照査は車両側で行うことができる。
ATS-Sxとの互換性
Sx形からP形に切り換えた場合、P形の車上装置を持たないSxのみの車両を走行させるにはSx形の地上装置を残す必要があるが、Dx（特にDN）の場合はDxに切り換えた区間にそのままSx形の車両が進入してもSxの機能が維持されることが読み取れる。
ATS等の安全装置は異常があった場合にだけ介入した方がよいが、S形ではそうなってはいなかった。Dx形はP形と同じで異常があった場合にだけ介入する。Dx区間では従来のSx形の機能が維持されるが、Dx車上装置搭載車では停止信号に近づいた時のロング警報と確認扱いはなく、パターンに接近・超過した場合の警報・ブレーキ動作だけである。当ブログ記事「ATS-DKの車上表示装置を見てきました」で今年2月に紹介した車上装置の写真に「確認遅れ」の表示灯があったが、これはSK区間を走行するときのための表示ということになる。
DKの仕様がDNと異なることについての考察
ATS-DNについての考察が足りず、間違ったことを書いてた。その点についてはトラックバックしている訂正記事をごらんいただきたい。
DKはDNと信号パターンの部分で仕様が異なる。4.1節でDNの説明の後に、それに対してのDKについての説明が2文で書かれている。
DKではDx地上子からの共振周波数とディジタル信号（信号機までの距離）を同時受信することにより，その情報を基に速度照査パターンを作成する。これは，既設の2点間速度照査用として使用されていることによる。
| SN | SK | DN | |
| 130kHz | ロング警報（白） | 信号P発生 | |
| 103kHz | 動作・警報なし | 信号P消去 | |
| 108.5kHz | 設定なし | 2点間車上時素 照査（灰緑） | 信号P継続 |
| 123kHz | 即時停止（オレンジ） | ||
落ち着いて読んでみると日本語の文のつながりがおかしいことに気がつく。
まず気がつくのは、DKにおいて現示アップ時の速度照査パターン消去をどのように行っているかについて明示的に述べられてはいないが、共振周波数を使うDNに対し、ディジタル信号を使っていると読み取るのが妥当だろう。
また後の文で述べられている"理由"が何についての理由なのかが明示的に述べられていないが、前の文に対する理由ではなく、「現示アップ時の速度照査パターン消去を、DNと異なりディジタル信号により行っていること」に対するものと考えられる。SNでは設定のない108.5kHzがSKでは2点間の車上タイマー照査で使われている（灰緑の地上子で近年曲線での速度照査のため多数設置が行われている）。SKでは既に使われている周波数であるため別の用途を割り当てることができないからである。
一方で、前の文で書かれている信号パターンの発生方法がなぜDNと異なるのかの理由が書かれていない。この部分の理由として2つ挙げることができる。
1．DNにおいてパターン発生に使用している130kHzの発振周波数を分岐器速度警戒装置でも使用していることが挙げられる。これは2点間の地上タイマー照査で、進行方向手前の緑の地上子（あるいはループコイル）で車上子を検出し、時素で進行方向奥の地上子の周波数を切り替える。照査速度未満であれば130kHzから103kHzに切り替わった後に車上子が通過するが、照査速度以上であればロング警報のままになる。DNでは、信号機に付随するS形地上子の設置位置を車上DBに登録しておき，登録位置に対して一定の範囲内で共振周波数信号を受信した場合，車上で速度照査パターンを作成する（103kHz：信号パターン消去，108.5kHz：信号パターン継続）。
とあり、信号機に対応する地上子として登録された位置に対し、一定の範囲内で130kHz信号があればパターン発生としているため、この方式では"信号機に対する地上子"と"分岐器速度警戒装置の地上子"の位置関係に制約が生じる。また、停止信号に対するのと同じ周波数で分岐器の制限超過に対する警報を行っているため、DB作成において信号機に対応しない130kHz信号の地上子を設定しなければならず、取り違える可能性が残されている。
閉塞長が短い区間でDNを使用した場合の問題
2．JR九州の過密区間では閉塞区間の長さが400m未満のところもあるが、現行のSKで停止信号に対するロング地上子を、停止信号の外方（手前）の別の主信号機を跨いでその外方（手前）に設置している場所が多数あるため、アナログの発振周波数のみではどの信号機に対するパターン消去やパターン継続なのかを判別できない。またそれができるようにDBを作成できたとしても作成者が取り違える可能性が残り、あまりよいやり方ではない。
JR九州の過密区間では閉塞区間の長さが400m未満のところもあるが、このような区間で停止信号に対するロング地上子が、手前の信号機の内方に設置してある場合、手前の制限信号できちんと減速していない場合には地上子の位置で非常ブレーキをかけても停止できない場合がある。DNではこのように1つ手前の信号機の内方にしかロング地上子を設置できないようであるため、停止信号に対応するロング地上子の地点で信号パターンが路線最高速度や車両最高速度を下回っていた場合、停止信号までに停止させることができない状況が発生しうる。
このようにDKでは複数の信号機を跨いだ位置の地上子で信号パターンの発生や解除を行うため、対応する停止信号までの距離情報を送り、またDB作成や車上装置内のアルゴリズムの複雑化を避けていると思われる。また、パターンの減速度が車両のブレーキ性能の限界より小さい加速度で作られることから、従来のロング地上子よりも手前でパターンを発生させなければならない場合がありうる。DKにおける信号パターン発生が103kHz信号＋ディジタル信号であり130kHzのロング警報＋ディジタル信号ではないことからも、従来のロング地上子とは違う位置でパターンを発生させる場合があると推察できる。
分岐器速度制限機能を使った踏切遮断時間短縮のための誤通過防止制御に関する考察
3.1節に、車上DBに基本運用ダイヤを登録し，列車番号設定器により設定された列車番号に基づき，停車駅誤通過防止制御を実現できる拡張性も有している。
とあり、停車駅誤通過防止制御が実現できるとあるが、この機能は地上側から情報を受け取らない車両側で閉じた構造をしている。地上から情報を受け取る制御の部分までの拡張性を有しているかは書かれていないためわからないが、閉じた構造ではダイヤが乱れるなどの状況ではそのままでは活用できない。そのため出発信号機のないいわゆる停留場での踏切遮断時間を短くするための制御としての誤通過防止パターンとしては利用できない。地上からの情報により車上パターンを選択できる機能としては「分岐器速度制限機能」があるため、これを10km/h程度の制限というかたちで使うことにより、停車/通過の情報を進路の情報のかたちで地上側から送って踏切用誤通過防止パターンの制御を実現することがシステム上は可能である。
終わりに
JR九州の地元福岡都市圏に住む信号オタとしては、パターン制御のATSが入らないのかとまだかまだかと待っていたが、前年度の事業計画にATS-DKの記述が現れ、今年の5月に博多―小倉間の特急に乗車した際、隣の線路に多数黄色いカバーのかかった地上子が設置されるなど、着々と準備は進んでいるようである。鹿児島本線では最高速度130km/hの特急から貨物までが走行し、閉塞長が短い区間ではYG現示の信号が4つ並ぶような区間があるため、P形のように車両のブレーキ性能に合わせた現示アップがなければならないと思い込んでいたが、よく考えてみれば速度差が一番大きいのはGの130km/hからYGの70km/hの減速であり、京急や京成が導入しているYGFの導入でなければ対応できず、DKにこのような機能がないことも納得ができる。最後に、去年の4月に鹿児島本線の二日市駅下り主本線（1番線）で自身が撮影した新設地上子の（大容量JPEG）写真ファイルへのリンクを置いて終わりとしたい。
参考文献
- 運転技術研究会，信号及び線路 ―本科― …ATS-S形による分岐器速度警戒装置に関する部分。
- 新井英樹，佐藤和敏：次期車上速度照査式ATSの開発，運転協会誌，通巻第562号，2006年4月号 …ATS-Xの解説
- 当ブログ記事，ATS-DKの車上表示装置を見てきました
8月21日追記・訂正記事
ATS-DNでは手前の信号機を跨いでのパターン発生ができないようであると書いていたが、考察が不足していて実際にはできるはずだと気がついた。→訂正記事：「ATS-DNで信号機を跨いだパターン発生は可能なはず（訂正記事）」
「旅名人の九州満喫きっぷ」に関する様々な疑問に答えてくれる情報を見つけました
2007年秋に突如登場したJR九州の企画乗車券「旅名人の九州満喫きっぷ」。JR九州だけでなく九州の私鉄や第3セクターでも使用できる普通・快速乗り放題きっぷ。突如現れたこの企画乗車券がどのようにできたのか、マニアにも興味を引く情報が掲載されていました。
今回の面白い情報は運転協会誌からです。
- 運転協会誌 2008年 3月号 P4-P7 (4)
- 『旅名人の九州満喫きっぷ』誕生秘話 齋藤一利 （九州旅客鉄道㈱・鉄道事業本部営業部営業課（運賃制度）担当課長）
- 企画乗車券特集号の特集記事
10月1日から発売開始で発表があったのは9月25日、マニアの間でも突如出現してバタバタしたような印象を受けていた切符ですが、構想から2箇月という短期間で発売できたということです。
構想
さて、どのような人をターゲットにして出てきた構想かというと、年配の人を想定して、「『青春18きっぷ』の九州版を作ってみてはどうか？」
ということになりましたが、“『青春18きっぷ』の九州版”では，あまりにも能がない。
ということで「『ＪＲ以外の鉄道にも乗れる。』という付加価値をつけてみてはどうか？」。
ということになったとある。構想するのは簡単でありますが、それを実行に移し実現できたところが凄い。
選んだ事業者の基準や仕様
さて、使用可能なのはJR九州と10事業者でありましたが、どのような基準で選ばれたのか？ということがマニアの間でも話題になっていました。第3セクターだけでなく大手私鉄の西鉄が入っていたり、しかし熊本電鉄は入っていなかったりと一見不思議な状況でありましたが、期間が短かったため連絡運輸を行っている10社に絞ったということでした。マニアにもこの点を指摘した人はいましたが、それで正しかったことになります。
また、マニアからの疑問の中には、なぜ発売がJR九州からだけなのか？というものがありましたが、その疑問につきましては、短期間で各社にきっぷの調整までお願いすることはできなかったし，同じきっぷでありながら多種多様なものが出回ると，お客様も係員も混乱するだろうと考えたからだ。
ということで、多くの事業者に跨った企画乗車券を出すことには様々な詰めなければならない部分があることに気づかされました。
企画書を持って行っての交渉
企画書を作って各社を回ったときには必ず鉄道で行ったということですが、各社の反応は予想以上によかった。当社の趣旨には快くご賛同いただいた。
ということで、マニアの間ではよくこれだけの会社と協力してやれたなあと思われ、特にライバル関係にある会社に難色を示されたりしなかったのだろうか？などと言われていましたが、特にそのようなことはなかったようです。また、各社からの意見や提案の中にはその日の最初のご利用が当社のワンマン列車だった場合，（スタンプを持っていない）運転士には券面にどのような証明をさせればよいのか？
というなるほどなあと思わせるものもありました。このように多くの意見や指摘を受け、1回目の訪問後いろいろなことを詰めて説明して回ったということです。
お金の配分
さて、マニアの間でも、この切符の売上の配分をどうやっているのかというのは興味のあるところでありますが、『青春18きっぷ』のように，お客様に行程を記していただいたアンケートの結果を基に配分する方法も考えたが，十分なサンプルは期待できない。
ということで18切符とは別のやり方にしたという。マニアの視点からは、この18きっぷの配分についてもあまり知られておらず貴重な情報であります。さて、実際に配分はというと、
配分額については，輸送量や収入の規模など客観的な指標を用いてメリハリをつけようとすると，どうしてもうまくいかなかった。詳細は紹介できないが，「すべての会社に参加していただくためには，これしかない！」という案を提示させていただいたところ，意外にすんなりとご了解いただき，杞憂に終わった感があった。
とあり、具体的なことは一切わからない書き方になっていました。マニアの視点からもこの部分が一番の問題だとは思われていましたが、すんなりと受け入れてもらえた配分とはどのようなものであったのでしょうか？ あれこれと考えてしまうところであります。個人的には、11等分したのではないかと思えてしまいます。
終わりに
何かの文献を紹介する時は内容を書きすぎてはいけないですけれども、業界誌のような一般のマニアが入手しにくい情報を紹介するという面もありますし、多少内容を書きすぎているところはありまして、要点はほとんど書いてしまったようなところがありますが、いかがでしたか？ マニアの間では様々な憶測が流れた切符で、何処からか各社にこのような切符を作るように働きかけがあったという憶測がネットでマニアの間で流れまくっていた時期もありましたが、どうもそのようなことはなかったようです。変な間違った情報が流れているのを知らん振りしているというのについては、多くの人は自分や自分の会社がそうであれば訂正の情報を流したいかもしれませんが、特にそのようなことをしていないのは情報保全という意味ではしっかりした対応だなあととも思いました。
キロポストの位置は正確ではない
鉄道関係の論文などの中には、鉄道マニアの視点で面白い情報があったりしますので、そういった情報の紹介をしていこうと思います。
今回の面白い情報は鉄道施設協会誌からです。
- 日本鉄道施設協会誌 2008年 第8号 P18-P21
- 在来線マルタイ施行による乗り心地向上対策 山祐典 森滋
- 線路部門 一般論文
軌道の狂いを修正して突き固めをするマルチプルタイタンパー（マルタイ）という機械がありますが、従来の相対基準整備から復元波形整備に変更するにあたって3つの問題点が出たということで、この改善のための取り組みが書いてあります。3つの問題点としては以下が挙げてあります。
- 位置ズレ
- 構造物等、不動点への移動量取付け
- 線形設定計画作成
マルタイでの2つの軌道整備方法
従来の相対基準整備と復元波形整備の2つの違いを私はよく知りませんが、鉄道総研のこのページ→http://www.rtri.or.jp/rd/openpublic/rd45/kanri/multie/index.htmlで紹介してある相対基準の直し方と測定データを使った直し方のことのようです。
相対基準の直し方では、昔ながらの線路に目をつけて上下左右に歪んでいる場所を真っ直ぐに（あるいは滑らかに曲がる）ようにする方法と同じように狂いを修正していきます。このため、真っ直ぐ（or滑らかにカーブ）になっているかを判断する範囲は真っ直ぐ（滑らかにカーブ）になりますが、全体としてうまい具合に真っ直ぐに（orカーブ）になるとは限らないことになります。
一方測定データを使った直し方では、線路配線切換などの時に測量器具を使って基準となる軌道上の点を指定位置にやるような、出来上がりの線形に合わせて軌道を修正していく方法ということになります。
1．位置ズレの問題
試験車で軌道の狂いを測定しながら走る時には、500mごとにキロポストで位置情報を修正しながら測定していきます。キロポストとキロポスとの間の距離が500mきっかりなっていない場合でも、測定した情報をきっかり500mになるように引き伸ばし（または圧縮）てしまいます。一方マルタイで軌道の整備をしていく時には、例えばこのキロポストから始めた場合、軌道を修正しながらちょうど500m進んだ時に、次のキロポストと違う位置に来ていることになります。例えばデータが引き伸ばされていた場合では、500mより短い踏切や橋梁の手前までのデータを元にマルタイで整備していくと、500mに引き伸ばされたデータに基づき500m進んで踏切や橋梁を超えていたといったことが起こります。これでは測定データを使った直し方は使えません。
この部署が整備する管内でキロポストの位置ズレを調べたところ、最大で25mずれていた箇所があったとあります。対策としては、キロポストや構造物（踏切・橋梁などと思われる）といった基準となる点（デポ）ごとにデータをぶつ切りにして、実際の長さにあわせて拡大・縮小して繋ぎ合わせるということでした。これにより位置ズレは解消したとあります。
ところで、マニアの視点に戻りますが、mackoy氏が開発したBVE Trainsimという無料のトレインシュミレーターがあり、線路のデータをユーザーが自由に作って公開できるようになっていますが、これの線路データ作成を行っているマニアの間で、キロポストの間隔が不正確なのではないか？という疑問が出てくることがあり、また私も間隔が一定ではないように感じた経験もありました。世間一般（とはいってもとても狭いマニアの世界だが）では、キロポストの位置が不正確なわけがない！と、そのような発言は相手にされていませんでしたが、錯覚ではなく、実際にキロポストの位置がずれていることがあるということです。
2．構造物等、不動点への取り付けの問題点
構造物（踏切や橋梁などと思われる）といった不動点の前後でのマルタイ作業において、軌道の移動量が大きいと作業員が不安になって自信を持って作業できず、移動量を小さくする装置を使ってしまい軌道の通りが悪くなる（狂いが残った状態になる）ということがおきていたとあります。
対策としては、マルタイの操作をする場所に計画移動量を表示させるようにして、移動量が大きく表示される時でも、計画移動量が大きいのを見て自信を持って作業ができるようにしたとあります。
3．線形設定計画作成の問題
台帳上の曲線半径と、実測の曲線半径が異なる場合があり、カーブの先に橋梁がある場合は、台帳上の半径で軌道を修正していくと最後に橋梁の前で変なふうに曲げないといけなくなる場合がある、ということです。そのため実測値の半径を使って差し支えない場合は実測値を使うようにしたとあります。また実測データが通りだけのため、他の情報を加えて曲線・緩和曲線・カント逓減区間の始終点をはっきり確認できるようにしたとあります。
対策の結果
これらの対策の結果、乗り心地の改善率が大幅にアップしたとあります。
おわりに
ただの鉄道マニアが、マニアの視点から面白いことが書いてある文献を紹介してみようと思って始めてみたコーナーですが、この文献を紹介したことに意味があるかと聞かれると、ないとしか言いようがありません。私はBVEの路線データを作ろうと調査していたこともありましたが、駅の線路工事ウォッチングの方が楽しくなってそっちばかりやるようになってBVEを作るのはやめてしまいました。しかしながら、BVEの路線データを作っている多くの皆さんが、キロポストの位置がどうしてもおかしいんじゃないか？ と思う場合に、そういうこともあるんだなあと自信を持っていただけると幸いです。
