CBTC

CBTC（無線式列車制御システム）とは

CBTC（Communications-Based Train Control）は、列車と地上設備間での無線通信を用いて、列車の運行を制御する先進的な信号システムです。従来の信号システムと比較して、列車の位置をより正確に把握し、安全性を確保しながら、列車間隔を短縮し、輸送能力を向上させることを目的としています。

背景と発展

都市の発展に伴い、公共交通機関の需要が増大し、安全を維持しつつ列車本数を増やす必要性が高まりました。そこで、鉄道事業者は線路容量を最大限に活用するためにCBTCを導入するようになりました。

従来の固定閉塞式では、線路を固定された区間（閉塞区間）に分割し、列車が在線する区間には次の列車が進入できないように制御していました。一方、CBTCでは、列車が自身の正確な位置を地上設備に常時送信し、移動閉塞システムに基づいて、各列車の防護区間を動的に計算します。

1990年代にデジタル無線通信技術が実用化され、地上と車上間の通信手段として、従来の誘導ループ方式に代わって無線通信が利用されるようになりました。これにより、通信容量が増大し、システムコストの削減が可能となり、CBTCシステムが発展しました。

2003年には、ボンバルディア・トランスポーテーションがサンフランシスコ国際[[空港]]のエアトレインで世界初の無線通信を利用したCBTCシステムを導入しました。その後、アルストムがシンガポールのMRT北東線に無線通信技術を適用しました。

主な機能

移動閉塞

CBTCの最も重要な機能は、移動閉塞です。列車は常に自身の位置、速度、進行方向、ブレーキ距離などの情報を地上設備に送信します。地上設備はこれらの情報に基づき、他の列車との安全な間隔を計算し、列車の移動限界点（LMA: Limit of Movement Authority）を決定します。

従来の固定閉塞方式では、列車は閉塞区間全体を占有しているとみなされ、続行列車は先行列車が在線していない区間の境界までしか進むことができませんでした。一方、移動閉塞では、列車は自身の位置を常時報告するため、地上設備はより正確な停止限界点を設定できます。これにより、列車間隔を短縮し、線路容量を最大限に活用できます。

自動化水準

CBTCシステムは、IEC 62290-1規格で定義された複数の自動化水準（GoA: Grade of Automation）に対応しています。GoA 1（運転士による手動運転）からGoA 4（完全自動運転）まで、様々なレベルの自動化が可能です。自動化水準が上がるにつれて、安全性、機能性、性能の要求が高くなります。

主な用途

CBTCシステムは、主に都市鉄道や新交通システムで用いられています。幹線鉄道向けには、同様のシステムとしてERTMSレベル3がありますが、まだ完全に定義されていません。CBTCは、新規路線の建設や既存路線の輸送力増強に活用されています。

既存路線に導入する際は、営業列車の運行を妨げずに新しい設備を導入する必要があり、設計、設置、試験、運用開始の各段階で慎重な検討が求められます。

主な利点

- 高い信頼性と故障耐性: CBTCは、過去30年以上の運用経験に基づいて改良されており、従来のシステムよりも高い信頼性と故障耐性を備えています。
- 簡素化されたシステム: 地上設備が少なくなり、診断・監視システムも改良されているため、設置と保守が容易です。
- 柔軟な運行ダイヤ: 輸送需要に柔軟に対応し、混雑を解消するために、列車ダイヤの設定に高い柔軟性を提供します。
- 省エネルギー: 自動運転機能により、最適な運転曲線で列車を運行することで、大幅なエネルギー消費を削減できます。

リスク

- 通信障害: 列車との通信が途絶えると、システム全体または一部がフェイルセーフモードになり、列車の一時的な徐行や停止、機能制限が発生する可能性があります。長期間の通信障害が発生した場合は、代替輸送手段を用意する必要があります。
- ヒューマンエラー: システムダウン時の回復手順において、人間の誤操作や不適切な対応により、問題が深刻化する可能性があります。
- 電波干渉: 無線通信を利用するため、機器の故障、電波障害、信号強度の不足、周波数帯の飽和などによる通信障害のリスクがあります。
- セキュリティ: 通信ネットワークへの侵入や安全上重要な通信の改ざんなどの攻撃リスクがあります。EN 50159-2標準に規定されているような防衛技術で対策を講じる必要性があります。
- 導入コスト: 新規路線に導入する場合は良いが、既存路線に導入する場合、既存システムとの共存やバックアップシステムの構築などが必要になるため、コストがかさむ場合があります。

構成

CBTCシステムは、主に以下のサブシステムで構成されています。

- 地上設備: 連動装置と、路線の各ゾーンを制御するサブシステムで、自動列車保安装置と自動列車運転装置の機能を有します。
- 車上設備: 車載の自動列車保安装置と自動列車運転装置の設備です。
- 地車間通信設備: 無線通信設備を使用します。

これらのサブシステムは、以下の論理的な装置を含んでいます。

- 車上保安装置: 停止限界に基づいて列車の速度を制御し、必要に応じてブレーキをかけます。
- 車上自動列車運転装置: 保安装置が定める限界内で列車を自動的に運転します。
- 地上保安装置: 管轄ゾーン内の列車との通信を管理し、停止限界点を計算します。
- 地上自動列車運転装置: 各列車の行き先と運行上の目標を定め、駅ごとの停車時間などを設定します。
- 通信システム: 地上と列車間のデジタル無線ネットワークです。
- 運行管理システム: 運行指令員とシステム間のインターフェースとして機能し、指定された運行計画の範囲内で列車を管理します。
- 連動装置: 分岐器や信号機などの地上設備を管理します。

プロジェクト

CBTCは、世界中の多くの都市鉄道で導入されています。短い路線や少ない車両数の空港内新交通システムから、毎日100万人以上を輸送する既存の鉄道網まで、幅広い用途で活用されています。

まとめ

CBTCは、都市鉄道の輸送能力を向上させ、安全で効率的な運行を実現するための重要な技術です。今後も、技術の進歩とともに、より高度な自動運転機能や省エネルギー化が進むことが期待されます。

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