Grades of Automation 4
どーも、鉄道会社の総合職の人、です。
質問を受けました。
質問はいつでも募集中です。以下までお願いします。
https://peing.net/ja/hellorailway
それでは
Grades of Automation 4
についてご紹介させていただきます。
以下、ここではすべての情報を網羅しているわけではありません。
ここでのデータは事実と異なります。無断転載、出展記載の上の引用はできません。
記載内容の利用、または利用できなかったことにより何らかの損害、損失が発生したとしても、一切責任を負いません。
まずはいくつかの記事を一読頂きたい。
「自動運転にはできない人間のテクニック」
まずはこちら
山陽新幹線エース運転士が明かす「自動運転にはできない人間のテクニック」
2017/10/30
記事によると新幹線の自動運転が困難な理由に“速度と距離の計算“と“車両故障への対応“が挙げられている。“速度と距離の計算“についてはなんとも申し上げられないが“車両故障への対応“についてはつまり対応する人間が必要、または遠隔で対応するとか二重系、三重系にする必要がある、といったものである。
次にこちら 2018の記事
山手線・新幹線の自動運転、実現への課題 昔からある技術、しかし導入が難しい理由とは
2018.08.16
仮に新交通システムなどと同じ方式の無人自動運転を実現させようとするなら、線路やホームを造り直さなければなりません。 道路との交差は立体化して踏切を無くす必要がありますし、線路のそばに道路や民家があるような場所では、絶対に無断侵入できないような巨大な壁を建設しなければならないでしょう。駅のホームドアはもちろん必須。場合によっては、天井まで伸びる背の高いホームドアも必要でしょう。これらの改修費用は相当な巨額になると思われます。ただ、近年は自動車でも自動運転技術の研究や開発が進んでいます。不意のアクシデントが発生しやすい道路では、鉄道以上に高度で複雑な自動運転システムの開発が不可欠。逆に言えば、これが実用化されて鉄道に応用すれば、踏切での自動車の侵入などにも対応しやすくなり、施設の大幅な改修は不要になるかもしれません。
この記事通り、施設側に大規模な改修が必要だが、車両側の自動運転技術、つまり後述するセンシング技術で解決可能と議論している。
そして2019年のこの記事
新幹線で自動運転を！次世代車両「ＡＬＦＡ―Ｘ」で実験へ
2019年05月18日
地上装置からレール（軌道回路）経由で得て、車上装置が最適な速度パターンを計算する。新幹線の無線ＡＴＣでは、距離情報の通信に、線路に並行する漏洩（ろうえい）同軸ケーブル（ＬＣＸ）のデジタル列車無線を利用。地上設備を大幅に削減でき、メンテナンスの低減が図れる。 ＡＬＦＡ―Ｘでは、無線式ＡＴＣ車上装置の信頼性確認や、スムーズなＡＴＯ実現のためのデータ取得などの試験を予定している。
このように漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）によって“地上設備による連続的な制御”が可能とする信頼性試験を検討していることが伺えます。
次はやや自動運転化に批判的な記事
JRも自動運転を採用、「運転士が消える日」は来るのか
20191024
鉄道の場合も同様のメリットはあるけれども、新交通システムと違って、長編成の鉄道路線はプラットホームが曲がっているなど見通しの悪い場所も多い。そこまで対応する監視システムやAIの登場を待たなくてはならない。 ただし、人件費の削減イコール無人運転化ではない。運転士は動力車運転免許取得、技術の維持などの費用がかかる。自動運転化すれば、その費用は削減できる。発車スイッチ、非常ブレーキの操作については「運転」と見なすか否かの議論もあるだろう。今後は警備士のように、検定を受けるか、実技無しの特別講習によって資格を得る「動力車管理士」などを整備するなど、法律を整えていく必要があるかもしれない。 個人的には乗客に対しては人が対応してほしいと考えている。運賃精算、案内のほか、さまざまなトラブル対応のために、車掌の乗務はやはり必要だ。乗客は安全だけではなく安心も求める。安全は装置で解決できても、安心は人が担保する必要があると思う。
と記載されているが、しかし監視システムやAIの登場を待つ必要はない。場所によっては後述するGoA2.5で充分可能である。
次は逼迫する乗務員需給の話。
乗務するのは誰だ? JRが挑む｢自動運転｣の成否
2020/01/14
「最近の若い子は頭ではわかっていても、いざ現実に直面するとやる気がなえてしまうようです」と、この鉄道会社の古株社員が嘆く。 九州の就職人気ランキング6位（出所：「キャリタス就活2020」）というJR九州にあっても、職種としての運転士はもはや人気がない。 「少なくとも、多くの社員が”なりたい”と手を挙げて、その中から選抜するといった状況ではありません」（JR九州）。これはと思った人材に「運転士になりませんか」と話を持ちかけて、手塩にかけて育成するのだという。どうやら運転士が本格的に不足する時代の到来は避けられない。ドライバーレス運転が実現すれば、人繰りは楽になる。
これは手塩にかけなければ育成できない運転士が、他の職種と同じようにローテーションの一部になれば需給が大幅に解決される、といった苦労がわかるものであり、また動力車操縦者運転免許の取得に大きなコストがかかることが理解でき、ここに課題があることがわかる。
ではここで2020年6月において国土交通省の取りまとめを見てみよう。
参加者は
東京大学大学院 工学系研究科 電気系工学専攻 教授
東京大学大学院 新領域創成科学研究科 先端エネルギー工学専攻 特任教授
法政大学大学院 特任研究員
北海道旅客鉄道(株)
東日本旅客鉄道(株)
東海旅客鉄道(株)
西日本旅客鉄道(株)
四国旅客鉄道(株)
九州旅客鉄道(株)
日本貨物鉄道(株)
西武鉄道(株)
東急電鉄(株)
東京地下鉄(株)
近畿日本鉄道(株)
阪急電鉄(株)
小湊鉄道(株)
自動車技術総合機構 交通安全環境研究所
鉄道総合技術研究所
である。
鉄道における自動運転技術検討
鉄道における自動運転技術検討
が国土交通省にて開催されている。
その中で鉄道における自動運転技術検討会 令和元年度とりまとめ 第５回検討会（2020/6/24）というのがある。
次にこれを読み解く。
検討方針として
一般的な路線は、運転士が列車を操縦することを前提に建設されており、自動運転を導入する場合は、線路内への人等の立入りや踏切道による突発事故などの外乱リスクについて、現実的なリスク低減方策が必要である。駅間距離も比較的長く、大量の旅客を輸送する都市鉄道や新幹線鉄道は、 故障や異常が生じにくい装置等の導入や、故障時を想定した各種異常時対策を措置し、乗客を降車させる避難誘導を極力避ける異常時対応が必要となる。
とある。つまり自動運転とは車両側以外に線路、ホーム等に関しても様々検討事項があるんだよと言っていることがわかる。
では次にどのような運行形態を考えているのかについて見ていく。
検討する運転形態について
自動運転の自動化レベル(GoA* 0~4)はAUGT規格*で定義されているが、本検討会では、センサ技術等について十分な検証を行う必要があることや運転士の確保が困難になってきている状況などに速やかに対応するため、運 転士以外の緊急停止操作等を行う係員が列車の先頭車両の運転台に乗務する形 態(以下「GoA2.5*」という。)も含めて検討を行う。GoA2.5を含 めた鉄道の運転形態(自動化レベル等)を次表に示す。
*「AUGT規格」とは、運転士の乗務しない自動運転における安全要求事項を規定する際の推奨事項を整理し た規格(JIS E 3802(IEC 62267)自動運転都市内軌道旅客輸送システム(AUGT システム)−安全要求事項)の ことである。
*「GoA」とは、「Grades of Automation」の略で、「IEC 62267(JIS E 3802)自動運転都市内軌道旅客輸送 システム」に定められている自動化レベルを指し、「GoA3」とは、係員は乗務するが緊急停止操作等は行わ ない形態(乗務位置の制限なし)、「GoA4」は係員が乗務しない形態(無人運転)と定義されている。
* 「GoA2.5」は、IEC及びJISにおいて定義されていないが、本とりまとめでは、緊急停止操作等を行う係員が列車の先頭車両の運転台に乗務する形態をいう。
要はGoA 3以上は現状はちょっとまだ技術的に厳しいけど乗務員需給もきついしGoA2.5でしばらくごまかそ？「GoA2.5」は、緊急停止操作等を行う係員が列車の先頭車両の運転台に乗務する形態。
と言ってることになる。
さらに自動運転に関して都市鉄道・新幹線と地方鉄道でやり方は異なるとしている。
異常発生時の社会的影響が大きい都市鉄道や新幹線鉄道での自動運転においては、運転士による現場での判断ができなくなることから、指令設備機能の強化により対応することが重要なものとなる。 一方、輸送量が極めて少なく事故発生リスクの小さい路線やGoA2.5に よる場合にあっては、ホーム柵や侵入防止柵の設置がなく、踏切安全対策を 強化しなくとも、従来の一般的な路線での安全性と同等以上の性能を確保す るという基本的考え方に沿って、自動運転実現の可能性がある。
つまり自動運転を都市鉄道及び新幹線でやって何かあると運転整理のための判断（そもそも誰もいない）ができないし、乱れた時に輸送手配で平常に戻すわけだけどそこも自動化しておかないときびしい。そのためにそれ含めた指令設備の強化がいるよ。と言っている。
では具体的なモデルについて検討しよう。
現在の鉄道は、一般的には、都市圏内で旅客の大量輸送を高速で行う「都市鉄道」とこれ以外の「地方鉄道」とに大別される。都市鉄道はその特性から、地方鉄道に比べ、より高い安全性や安定性が求められ、現状の設備や取扱い (複線、ATC、可動式ホーム柵、踏切1種化等)からも地方鉄道とは異なる面が見てとれる。 このような状況から、自動運転の技術的要件の検討にあたっては、モデルケースを都市鉄道、地方鉄道に大別し、自動化のレベルについては、都市鉄道モデルケー スは、GoA3,4(GoA2.5からの段階的な検討を含む。)とするが、地方鉄道モデルケースは、地方鉄道においてGoA3，4を実現するための設備投資は容易ではないことなどを考慮し、GoA2.5から進めることとする。
つまり都市部に関しては収益の面から見ても設備に関して投資を進め、GoA3、4を目指す。地方においては設備に金はかけれないためにGoA2.5を導入していくとしている。
では基本的な安全確保について。
都市鉄道モデルケースについて
・検討の前提
都市鉄道モデルケースでは、最初に検討する自動化レベルを先頭車両の運転 台に係員が添乗しないGoA3,4としている。このため、線路上の支障物への対応について検討する必要があるが、支障物は防護柵や踏切障害物検知装置、 センサ技術等により対応することとして検討した。 なお、リスクを低減するためのセンサ技術等の装置化については、技術開発 などに時間を要すると考えられるため、GoA2.5からGoA3,4への段階的な検討も含めることとする。
従来の一般的な路線と同等以上の事故回避・被害軽減効果を確保するな ど、基本的な考え方を整理した。現在の都市鉄道における周辺環境との分離について 現在の都市鉄道では踏切保安設備や必要な箇所への線路防護柵等が設置されている。また、公衆側においても、鉄道営業法で立入る者に対して罰則を設け、道路交通法で踏切直前での一旦停止等を求めている。よって、鉄道側及び公衆側の双方において要件を満たすことにより、周辺環境との分離はなされていると考えられる。
自動化レベル: GoA3,4(GoA2.5からの段階的な検討を含む)
線区条件 :・複線 ・ATC ・ATO ・可動式ホーム柵あり ・踏切道あり(1種) ・トンネル、橋りょうあり
つまり上述したように都市鉄道に関しては基本的な安全確保が社会的にもできていると考えられる一方で、GoA3、4においてはさらなる安全確保が必要。例えば駅間における侵入を防ぐ柵の強化、センサ技術による前方支障物への対応とかがいるよ。というわけです。ここではさらに詳細な検討をしている。
・更なる周辺環境との分離の措置
更なる分離の措置については、線路状況や分離すべき対象の相違に応じて、4つに分類して検討を進めている。
(ア) ホーム・踏切部分以外における分離について
(イ) 踏切部分における分離
(ウ) ホーム上における分離
(エ) 脱線、上下線間の列車衝突への対応
また
・ホーム上および車内の異常時対応
・避難誘導の方法・対応
について議論がなされている。詳細は国土交通省資料に譲る。
地方鉄道モデルケースについて
・検討の前提
地方鉄道モデルケースでは、当面検討する自動化レベルを先頭車両の運転台に係員が添乗するGoA2.5としている。
GoA2.5係員は、走行中の車両 や施設の異常の把握、踏切や線路内立入、ホームからの転落等の危険回避や被 害軽減のための措置、事故や災害等が発生した際の乗客の避難誘導を行うことが考えられる。このため、以下の条件において列車の衝突等を防止する保安システムを中心に検討することとした。
自動化レベル: GoA2.5
線 区 条 件 :・単線 ・ATS(パターン制御式ATSをベースに検討) ・ATO ・ホームドア、可動式ホーム柵なし ・踏切道あり(1種、3種、4種) ・トンネル、橋りょうあり
要はGoA2.5係員によって運転時に発生する異常時（運転整理を除く）に対応できるため、現状の設備や取扱いから大幅な剥離なく導入できることが期待できるため地方鉄道に関してはGoA2.5でいくよ。とのことである。
では具体的なシステムに関して見ていく。
国土交通省資料の(2) 自動運転に必要な保安システム 1 、パターン制御式ATS(点送受信)を活用する場合の基本的な考え方によると、「連続速度照査式(パターン制御式)ATS」を想定し地方鉄道では自動運転を行うことを考えている。
その詳細な条件であるが
(ア) システム総体での安全確保
パターン制御式ATS(点送受信)に加え、ATOに一部の保安機能を付加し高機能化するなどして、システム総体により、運転士が常置信号機に従って運転する場合やATCによる場合と同程度の列車間の安全を確保する。
(イ) 急な信号現示変化への対応
点送受信のATSでは制御情報が速やかに車上に伝わらないため、列車防護無線の活用等により、ATCによる場合と同程度の安全を確保する。
(ウ) 適切な速度制御
ATSの照査速度を運転上の最高速度や制限速度よりも高い設定のままとする場合は、ATCによる場合の設定と同様、要件(ア)により高機能化したATO側で運転上の最高速度や制限速度を超えないよう適切な制御を行う。 なお、運転取扱いの検討状況(動力車操縦者運転免許の要否等)に応じて、上記要件の再整理が必要になる場合があることに留意する必要がある。
つまり列車間の安全確保、異常時の外部からの緊急停止の要請、適切な速度の制御ができるものとしている。（ウ）がややこしいが第２回検討会（2019/2/18）にこのような記載がある。
つまり地上設備からの速度情報を受けるまで速度向上ができない点から現時点、地点で出せる安全な速度で次の地上設備まで走行するようにする、とのことであり、これら条件を満たすシステムが必要である。
システム以外の検討事項は以下
・列車走行路上の安全確保
・ホーム上および車内の異常時対応
・避難誘導
大まかに上記3つの作業内容をGoA 2.5係員が実施することが考えられるが、詳細についてはさらに以下のようなものがある。
・線路上の支障を感知して橋梁やトンネルを避けて緊急停止措置を行う。
・運転再開時の時期及びその際の指令の介入。
・列車防護ではGoA2.5係員が緊急停止操作ボタンによる緊急停止措置を行う、また列車防護無線等を受信したら同じく係員が停止措置を行う。
・ATSの故障等においては異常事態と捉え、運転士を派遣し対応するなどの措置が必要になると考えられる。
・避難誘導の作業を行う場合、GoA2.5係員には、運転士と同等の身体的要件を満たすことが必要と考えられる。
・駅出発時などに、地上子を通過するまで制御情報が受信できないシステムの場合、制御情報を受信するまでの間のシステムによる安全担保。
・出発時にGoA2.5係員が何らかの対応を行う場合の運転免許の要否。
また以下のようにこの地方鉄道モデルを安易に都市鉄道にもたらすべきでないと整理している。
なお、上記の地方鉄道モデルケースについては、地方鉄道に限らず都市鉄道においても適用可能と考えられるが、GoA2.5係員の作業によっては、障害発生後の運転再開までに時間を要する可能性があるため、速やかな乗客の救済や安定輸送の観点において従来より悪化することが考えられる。
このため、適用において運行頻度や利用者数等の路線の状況を十分に考慮する他、必要に応じて指令から遠隔で措置を行うことが可能な設備を導入する等、慎重に検討する必要がある。
そして半年後、2020/11の記事
新幹線の自動運転」を試験開始へ 上越新幹線 E7系で2021年に試験走行
2020.11.10
ローカル5Gの性能確認は、新幹線と指令室等との間で大容量の情報をリアルタイムで送受信できるかどうかの可能性検証です。今回は沿線に基地局を設置し、伝送試験を行います。 JR東日本では、2018年7月にグループ経営ビジョン「変革2027年」を発表し、運転士のいらない「ドライバレス運転」の実現を目標としています。
さらに同月のこの記事。
実は半世紀以上前から可能だった？ 新幹線の「自動運転」
2020-11-21
スムーズな加減速や定位置での停車といった通常運転については、アナログATCを改良してスムーズな減速が可能になった現行のデジタルATCの技術を改良する。 緊急停車については新幹線と指令室との間で車両前方の高精細映像などの大容量情報をリアルタイムで送受信しなくてはならない。そのため、沿線に専用基地局を設置したローカル5G（第5世代移動体通信）方式による無線伝送などを検証する。 東海道新幹線が「道筋」をつけた新幹線の自動運転が、いよいよ実用化に向けて動き出した。実証実験に成功すれば、7年後には無人で運行する新幹線が登場することになりそうだ。
どちらも司令室との大容量情報のやりとり、それに伴うローカル5Gの話。つまり指令設備や送受信も含めて新幹線自動運転だ、という記事。
最後に2020/12の野村総研の記事。
AIが新幹線を運転する日
2020年12月号
「時速500kmのド ライバーレス自動運転」と聞くと少し怖い気もする が、中央指令室ですべての列車の運行をコントロー ルするので、追突回避や遅延時のダイヤ回復が行いやすいというメリットもあるそうだ。また、リニア 中央新幹線だけではなく既存の新幹線についても、 北海道新幹線の札幌延伸を予定する2031年春を目 標に、ドレイバーレスでの自動運転の実現を目指し て実験が進んでいるという。 ある証券会社で、最盛期に600名いた株式トレーダーが取引自動化でたったの2名まで減ったという ニュースが数年前に話題になったが、そう遠くない 将来に新幹線の運転士という職業も絶滅危惧種にな るかもしれない。
ここでも指令設備による異常時の対応と、株式トレーダーを例に乗務員需給に関して言及している。そう遠くない将来に新幹線運転士、在来線の運転士という職業も絶滅危惧種になるかもしれない。
まとめ
つまりなぜ新幹線で自動運転ができないのかの問いの答えは
・乗客の避難誘導
・緊急停止後の取り扱い
・異常時の運転整理の伝送
についてのルールと指令設備を含めた施設に課題があるからといえる。もちろん駅出発時の確認事項や速度制御、ドアの開閉等課題は残る。
終わり
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