서론철도에는 다양한 정보 시스템이 사용되고 있다. 보통의 기업과 마찬가지로 사무관리 시스템도 사용되고 있지만 가장 큰 특징은 분산되어 있는 이동체와 설비를 관리하는 시스템이 필요하다는 점이다. <그림 1>을 보자. 지상에 산재하고 있는 차량, 설비를 정보 시스템으로 관리하기 위해서는 정보공간상에 그에 대응하는 정보 등급이 필요해진다. 이 등급을 이용해 어떤 정보를 처리하거나 관리하기 위해서는 등급의 정보와 실수송공간의 실체가 갖는 정보가 같아야 한다. 그다지 큰 변화가 일어나지 않는 대상의 경우를 제외하고 철도에서는 어떤 통신수단을 이용해 정보의 빈번한 갱신이 필요해진다. 이것이 철도 정보 시스템의 특징이다.
이 모델에서 주역은 셋이다. 하나는 수송을 담당하는 차량, 혹은 그것이 편성된 열차이고 다른 하나는 열차를 운행시키기 위한 설비이다. 마지막으로 승객인데 이것은 아직도 좌석예약이라는 한정된 역할 밖에 등장하지 않고 있다. 철도 정보 시스템은 기본적으로 이 주역의 제어, 관리이다. 사실은 이 모델에서 조심스러운 존재인 승객은 더 적극적인 정보 시스템을 필요로하고, 이 모델에는 숨겨져 있는 다른 하나의 주역이 있다. 그것은 차량/기기의 고장, 사고, 자연재해가 열차운행으로 생기는 외란이다. 이 두 가지가 등장하지 않으면 철도 시스템의 정보 모델은 끝나지 않는다. 이에 관해서는 사이버레일이라는 항목에서 설명한다.철도에 있어서 정보기술의 여명과 발전 1957년 벤딕스(Bendix)사 컴퓨터 G-15 2대가 처음으로 일본에 수입됐다. 그 가운데 1대는 국철철도기술연구소(철도총연의 전신)에 도입됐다. 이것은 일본 정보기술의 여명기에 있어 국철의 위치를 상징하는 일이다.이 계산기가 사용되어서 그런 것은 아니지만 그 3년 후인 1960년 1월 18일 도카이도 본선의 제1고다마, 제2고다마 각 하행선 열차 예약을 할 수 있는 MARS-1이 사용 개시됐다. 당시 설계사양은 4열차 하루 당 3600좌석을 15일간, 다시 각 좌석을 3구간으로 나눠 각각 독립해서 예약할 수 있게 했다.일본의 좌석예약 시스템 특징은 좌석, 구간을 분할해서 발매하는 것과 그룹으로 나눈 좌석을 제공하는 기능이다. 수송요구를 다루는 좌석예약에서 시작한 철도 정보기술은 현재 MARS501에서 좌석예약의 틀을 넘어 여행에 관한 상품을 판매할 수 있는 시스템으로 진화하고 있다.다음으로 나타난 시스템은 좌석예약 방식을 화차와 화물 컨테이너의 수송예약으로 발전시킨 FOCS와 EPOCS이고 이것은 1967년에 사용 개시되어 현재 JR화물 IT-FRENS로 발전하고 있다.현재 인터넷 패킷 통신같이 가계 화물수송은 화차단위로 수송되고 있다. 화차는 일단의 열차로서 야드로 불리는 화차를 교체하는 조차장으로 운반돼, 거기서 행선지 별로 분류되어 다른 열차로 다음 야드로 이동한다. 이 야드에서의 화차 분류작업을 정보공간에서 처리하지 않고 물리공간에서 화차의 움직임과 속도까지 계산기로 제어하는 YACS로 불리는 시스템이 존재했지만 화물수송이 컨테이너 주체가 되어 야드의 폐지와 함께 사라졌다.한큐전철 호우츠카선은 열차운행 종합제어시스템(TTC)이 1969년 12월부터 사용되어 게이오전철 이노카시라선에는 열차운행 종합제어(TTC)가 1970년 7월부터 처음 사용개시 됐다. 한신전철은 1971년 10월에 자동진로제어(PTC) 시스템이 모토마치, 미츠미야에서 도입됐다.사철보다 조금 늦었지만 1972년 3월에는 신칸센(新幹線)오카야마 개통에 따른 COMTRAC (Computer Aided Traffic Control System : 신칸센용 프로그램 진로설정 시스템)이 도입됐다. COMTRAC 시스템은 PRC(Programmed Route Control)로 불리는 ‘열차 운행표에 따른 열차 진로를 제어하는 진로제어계 컴퓨터’와 EDP(Electronics Data Processing)으로 불리는 ‘열차 운행에 혼란이 일어날 경우에 경보를 내거나 열차 운행표 변경 제안을 행할 운전정리계 컴퓨터’의 2계통 계산기 시스템이다.이같은 운전관리계 시스템은 국철의 민영분할 후 JR 히가시니혼(東日本)이 도입한 도쿄망 수송관리 시스템(ATOS)과, COSMOS(Computerized Safety Maintenance and Operation System for Shinkansen)를 시작으로, JR도카이와 JR니시니혼(西日本)의 COMTRAC 관련 시스템의 계속적인 개발이 진행되고, 기능의 의미든 규모의 의미든 발전해가고 있다.신호보안 분야는 고장 시에 안전을 보장하는 fail safe와 전통적으로 릴레이 회로가 사용되고 있다. 이것은 전원이 끊겨서 시스템이 다운되어도 릴레이 접점이 중력으로 안전측(열차를 정지시키는)으로 움직이는 원리를 이용하고 있다. 이 분야에서도 1985년에 게힌도호쿠선 동가나가와역에 전자회로를 이용한 전자연동장치가 도입된 이래 신호시스템에 전자기기 및 소프트웨어가 도입되고 있다.신호시스템에 무선을 이용하는 것을 전제로 철도총연은 CARAT로 불리는 시스템의 기초연구를 행하고, JR 히가시니혼은 그것을 발전시켜 ATACS 시스템 실용화를 검토하고 있다. 이 흐름은 유럽도 있고 ETCS(European Train Control System)로 불리는 시스템이 독일, 스위스 등에서 시행도 포함해 도입되고 있다.열차운행관리 시스템Plan, Do, See라는 사이클로 보면 열차운행은 운행표 작성이라는 Plan으로 시작된다. 운행표 작성의 기본은 운행이 늦지 않도록 운행표를 만드는 것이다. 바꿔 말하면 외란에 강하게 계획하는 것이다.운행표가 작성된 것만으로는 열차를 운행할 수는 없다. 운행표 작성은 역간선로의 시간대 예약에 지나지 않는다고 말하고 실제로 열차를 운행하는 것에는 이것 이외에 다음 3개의 계획이 필요하다.(1) 차량편성을 어떤 식으로 운행표 상의 상정열차에 맞춰 사용한다는 차량 운용계획(정확하게는 검사와 청소 계획도 포함한다.)(2) 열차의 기관사와 차장을 어떤 식으로 분담한다는 승무원 운용계획(정확하게 말하면 휴게장소의 계획도 포함한다.)(3) 역에서 도착, 발착을 어떤 식으로 계획한다는 구내작업 계획(정확하게는 차량의 유치, 보수를 위한 차량기지의 계획도 포함한다.)Do는 어떻게 열차를 운행표대로 운전하느냐인데 간단히 기관사가 열차를 잘 조종한다고 말하는 것만은 아니다. 열차가 늦어지는 제일의 이유는 도착시간이 늦어진다는 문제가 발생하지만 더 중요한 것은 단위시간당 출발열차횟수(수송용량)가 줄고, 시간당 운반되는 승객 수가 준다는 사실이다.열차가 늦어지는 원인은 고장과 사고를 제외하면 승객의 승강 시에 있다. 통근시간대의 열차횟수를 결정하는 요인은 사실은 역간의 선로용량 보다도 역의 정차용량에 있다. 전차가 역의 직전에서 느릿느릿 운전을 하는 것은 전 열차 승객승강이 끝나지 않아 역에서 출발하지 않기 때문이다. 열차가 늦어지면 늦어질수록 열차횟수가 줄고, 한대의 열차로 밀려드는 승객 수가 늘어, 점점 승강시간이 필요해져 열차가 늦어진다는 악순환을 반복한다.한 역의 출발열차를 늘리고 수송력을 증강하는 단순한 해결책은 역을 잇는 선로를 늘리는 것(복복선화)이지만, 선로를 늘리지 않고 열차횟수를 늘려 열차가 도착할 수 있는 역의 홈을 증가시키는 방법이 있다. 예를 들어 2면의 홈을 이용하면 한쪽이 승강을 하고 있는 사이에 다른 하나는 도착할 수 있기 때문에 발착할 수 있는 열차횟수가 증가해 수송량이 늘어한다. 이 외에도 승강을 원활히 하는 전차 도입과 승·하차하기 쉬운 역의 구조, 혼잡을 평균화하는 것이 필요하다는 것을 알았다.See가 여기서 말하는 운행관리 시스템이다. 열차는 레일 상을 주행하기 때문에 열차에는 키가 없다. 진로의 변경은 전부 지상측 설비를 사용하여 행한다. 그 설비는 포인트로 불리는 장치로 통상은 2분기(갈림)의 스위치로 되어 있다. 포인트를 전환함에 따라 열차를 목적의 선로와 도착번선으로 유도한다.열차 운행을 관리하는 신호기는 실제로 2종류이다. 하나는 폐색신호기로 불리는 것으로 열차를 선로의 특정의 구간 내로 2개 이상 진입시키지 않도록 하는 신호기이다. 간단히 말하면 선행하는 열차가 있는 구간에 들어서면 그 구간을 지키고 있는 신호기가 빨갛게 되거나 후속열차의 진입을 저지한다. 선행열차가 그 구간을 떠나면 신호가 바뀌어 다음 열차가 그 구간에 들어온다.다른 한 신호는 진로에 관한 신호기이다. 포인트는 텅레일(tongue rail)로 불리는 나이프 엣지상으로 가공된 1조의 가동 레일을 이동시킴에 따라 열차가 가는 방향을 전환시키는 장치이다. 열차가 가까이 왔을 때에 이 텅레일이 이동 중인지 고정하는 록이 완료하지 않는 사이에 열차가 거기를 통과하면 탈선할 가능성이 있다. 따라서 포인트가 있는 경우 그것이 의도하는 진로를 확실히 구성하고, 그 진로가 다른 열차의 진로와 교차하지 않는 것을 확인할 때 까지 신호기는 빨강이 되어 열차 진입을 저지한다.진로의 변경이 필요한 것은 통상은 역이기 때문에 역에 신호제어반이라는 것이 있고 그것을 이용해 포인트 혹은 신호기를 조작하고 있다. 포인트가 확실히 진로를 구성하고 그 진로가 다른 진로와 교차하지 않는 것의 보장은 연동장치에 의해 된다. 전자연동장치는 계산기를 이용해 이 기능을 실현한 것이다. 이 연동기능은 철도에 있어 안전성의 요의 하나이기 때문에 계산기 하드웨어의 고장에 대해 특별한 배려가 되고 있고, 신뢰성이 높은 특수한 계산기를 이용하던지 복수계산기 구성에 의한 장황성과 안전성을 담보하고 있다. 또 그것을 제어하는 소프트웨어도 실수를 용서하지 않기 때문에 포멀 메소드로 불리는 논리수학을 이용한 소프트웨어개발 방법의 도입이 검토되고 있다.다음에 오는 열차의 성질을 판단하지 않으면 그 열차를 정차시키는 번선을 결정할 수 없다. 역마다 진로를 제어할 경우 전후의 역과의 사이에 통신을 일으키지 않는 열차의 운행상황을 알 필요가 있다. 또 열차가 혼란이 일어났을 경우는 예정을 변경할 필요도 있고 전체계획의 지시를 내리는 사령실과 연락을 취할 필요도 나온다. 열차횟수가 많으면 이 작업은 힘들고, 실수도 발생할 가능성이 있다.이 문제를 해결하기 위해 모든 선구(線區)는 아니지만 JR의 경우는 선로길이의 80%가 CTC(열차집중제어장치)로 불리는 포인트와 신호의 제어를 한곳에서 행하는 방식을 도입하고 있다. 한 곳에서 열차의 진로를 제어할 수 있게 됐지만 효율적으로 열차를 운행시키기 위해서는 열차의 움직임을 보면서 적절한 시점에서 포인트를 전환하고 진로를 설정해 여분과 감속과 정지를 시키지 않는 것이 필요하다. 이것은 신경을 써야 하는 작업이고 열차횟수가 많은 선구(線區)에서는 힘든 부하가 된다. 열차 운행표를 계산기에 축적해 자동적으로 CTC를 제어한다는 시스템이 PRC이다.열차고장과 사고 없이 열차가 순조롭게 운행될 때에는 문제가 없지만 어딘가에 열차 운행이 멈췄을 경우 당초의 열차 운행표를 단순히 늦춰 열차를 운전해 가면 선구전체의 열차가 멈추거나 역간에 열차를 장시간 멈춰두게 된다. 따라서 열차 운행표를 일시적으로 변경해서 고장과 사고가 난 주변역 이외에는 가능한 정상에 가까운 운행을 확보하는 것이 여객 서비스 상 중요하다. 변경이라는 것은 열차의 행선지를 바꾸거나 열차를 도중에 중지시키거나 열차의 순서를 바꾸는 등의 조치이다. 이같이 운행표를 일시적으로 변경하여 열차 운행을 정상으로 돌리는 것을 운전정리로 불린다.운전정리는 열차 운행표를 변경하는 것이지만 열차 운행표 변경은 차량운용계획, 승무원운용계획, 구내작업계획의 변경을 발생시키기 위해 관계개소와 관계하는 정보의 유통이 복잡하고 계산기에 의한 지원이 기대되고 있다.처음 말한 듯이 외란은 고장과 재해, 사고만이 아니다. 승객의 여행요구의 변화도 큰 외란이다. 따라서 본래는 열차 운행표도 변화하는 여행요구에 대응해 동적으로 대응해야 한다. 만약 승객의 요구에 대응해 운행표를 유연히 변경하는 계산기 시스템을 작성할 수 있으면 또 다른 외란인 고장, 재해, 사고도 그 논리로 대응할 수 있을 것이다. 그런 의미로 운전정리가 고도로 자동화되면 운행 혼란이라던가 정리하는 개념이 없어지고 상시, 승객의 요구에 대한 최적의 수송을 제공할 수 있게 될 것이다.보수지원 시스템보수는 <그림 1>에서 말하는 루트 등급 관리이다. 철도는 넓고 긴 범위에 걸쳐 선로, 가선, 신호설비 등을 배치하고 있기 때문에 그 설비의 상태 정보를 어떻게 비용을 들이지 않고 수집할지가 중요하다. 특히 중요한 것이 선로의 뒤틀림 상태와 가선의 마모이다. 선로가 어떤 기준 이상으로 뒤틀리면 승차감이 나빠지고 나아가서는 탈선할 위험도 있다. 가선이 많이 닳아지면 그 부분에서 절단될 가능성이 있고, 장시간 열차를 정지시킬 경우가 있다.국철시대에서 검측차로 불리는 선로의 뒤틀림 상태와 가선의 측정 등을 목적으로 검측하면서 주행하는 것이 가능한 차량이 도입되고 있다. 이 데이터를 도카이도 신칸센은 SMIS(신칸센정보관리시스템 Shinkansen Management Information System), 도호쿠, 조에츠 신칸센에는 COSMOS에 정보를 보내고 차량, 선로, 전력, 신호설비 등의 관리 작업을 행하고 있다.설비 보수는 궤도와 가선 상태를 감시하고 열화와 마모가 한계에 달하면 작업을 행하는 것이 원칙이다. 검측차로 비교적 용이한 상태를 감시할 수 있을 경우는 좋지만 구조물 등 열화와 마모의 진행이 늦고, 검사하는 것이 어려운 대상에 관한 상태감시는 일반적으로 어렵다. 센서를 구조물에 붙여 그것을 통신 네트워크로 연결하고 감시한다면 좋겠지만 다음과 같은 문제점이 있다.하나는 앞으로 건조하는 구조물에 대해 센서를 붙이는 것은 간단한 일이지만 기존의 구조물에 센서를 붙이는 것은 간단하지 않다. 센서 수명은 구조물의 수명에 비해 짧고 센서 자체의 보수 문제가 있다. 구조물은 수도 많고 여러 지역에 흩어져 있고, 센서용 전원과 그 데이터를 수집하기 위한 통신기능을 준비하거나 유지하는 것이 어렵다.IC 카드 시스템2000년 2월 야마나시교통에서 IC 카드 승차권의 본격도입이 시작됐다. 그 뒤 JR히가시니혼의 Suica가 2001년 11월에 도입되어 2006년 2월에는 1510만매를 넘었다. 2003년 11월에는 JR니시니혼의 ICOCA, 2004년 8월에는 간사이 사철에 PiTaPa가 도입됐다. 2006년 3월에는 관동의 사철, 버스, 지하철에서 사용할 수 있는 Pasmo가 도입되어 이 4개의 시스템은 상호 이용가능하다. 상호이용가능성은 상당히 중요한 기능이고, 세계적으로도 어떤 식으로 상호이용 가능성을 달성할지가 주목되고 있다.그 일관으로 현재 ISO에서는 IC 카드 등의 매체를 이용해 상호로 사용가능한 운임관리 시스템(IFMS)인 아키텍처 규격(ISO DIS 24014-1)을 검토하고 있다. 이 국제규격은 고객이 (매체자체의 종류는 복수 존재해도 좋지만 고객에 있어서) 하나의 매체(IC 카드에 한하지 않고 휴대전화 일체형 등을 포함한다)를 이용해 여러 운임관리 시스템을 통해 불편 없이 여행할 수 있는 것을 가능하게 하는 시스템을 구축하기 위한 기초를 전해주는 것을 목적으로 한다.<그림 2>를 참조해보자. 이것은 그 같은 시스템이 공통으로 갖는 기능 아키텍처를 나타낸다. 이것은 현실의 시스템 건설을 위한 것과는 다르고, 전 세계 운임 시스템을 공통의 개념으로 정리하기 위해 제안되고 있다. 이 구조에 각 국의 시스템을 대조해 상호이용 가능성의 검토를 베이스로 하고 규격의 목적을 달성하려고 하는 것이다.세계 사정에 적합하기 위해 일본에서는 철도사업자가 단독으로 행하는 카드의 판매, 카드를 이용하는 사업권의 판매 등을 조직이라는 시점이 아니라 기능으로 분리해 생각하고 있다. 이름을 붙인 순으로 그림을 조직과 구조의 관계로서 파악되기 쉽기 때문에 주의하기 바란다.규격 내용의 상술은 하지 않지만 그림으로 판별하기 어려운 용어만 설명한다. 어플리케이션이라는 것은 단순하게는 위에서 말한 Suica, ICOCA, PiTaPA, Pasmo를 의미한다. 즉 상호이용 가능하므로 전체 시스템에서 보면 원래 시스템은 다른 어플리케이션이 된다. 프로덕트는 그 가운데 이용할 수 있는 차표나 정기권, 소위 사용자가 이용할 수 있는 서비스이다. 서비스 오퍼레이터는 소위 교통사업자이지만 운행을 담당하는 역할로 특화되어 있다. 레지스터는 시스템 가운데 ID를 관리하는 기능이다. 리테일은 IC 카드 시스템과 그 가운데 차표를 판매하는 기능이다. 콜렉션과 포워드는 각 어플리케이션과 프로덕트의 사용 데이터 등의 전송을 행하는 기능이다. 그림은 이 기능이 어떻게 관계하고 있는 지를 보여주고 있다.IFMS의 기능은 <그림 2>로 표현할 수 있지만 그 기능이 무엇을 할지는 그 기능이 무엇을 나타내는지는 규격으로는 Set of Rules로 불리는 규격군으로 정의된다. 이것은 기술사양, 상업적 계약, 보안규약, 법적규약 등이 포함된다. 따라서 상호이용 가능하기 위해서는 시스템 기능 구조가 같고 물리적으로 같은 카드를 사용한다고 말하는 것만으로는 안 되고, Set of Rules를 동일, 혹은 유사하게 할 필요가 있고 상당히 허들이 높다는 것이 이해될 것이다.사이버레일사이버레일은 앞으로 정보통신기술의 발전을 엮어 실교통공간의 체험과 정보공간(사이버 공간)의 등급이 실질적으로 정보를 공유할 수 있다, 즉 실사회에서 발생하는 것을 정보공간으로 파악할 수 있게 된다는 전제를 근거로 한 컨셉이다. 이 정보기반 상의 어떤 시스템이 구축되고, 철도운영상의 안전성, 쾌적성, 효율성이 향상할 수 있는 지를 연구하는 프로젝트이다.<그림 3>을 보자. 지금까지 검토해 온 철도 정보 시스템은 Plan-Do-See 사이클로 기능하고 있지만 이 외에 2개의 외란이 있다. 처음에 말했듯이 철도정보 시스템을(적어도 개념적으로) 닫기 위해서는 수송요구 등급과 외란 등급을 정보공간 내에 넣어둘 필요가 있다. 적어도 여행자 요구가 받아들여지지 않으면 정보 시스템으로서는 불완전하다.
<그림 4>는 그것들도 모델 가운데 넣어둔 것이다. <그림 1>에 나타난 등급은 여기서는 사업자 등급을 구성하게 된다. 이 그림의 의미는 수송요구와 외란을 철도 시스템 가운데 넣어 가능한 예측 가능한 사항으로 장악 관리한다는 것을 나타내고 있다.여행자 요구의 대처를 생각해보자. 여기에는 힌트가 있다. 그것은 1990년경부터 제안되고 있는 IPASS라는 시스템이다. IPASS는 Suica 같은 초근거리통신이라기 보다 Bluetooth 같은 근거리통신기능을 갖고, 다음의 3개의 기능을 갖는다고 되어 있다.(1) 만능승차권(2) 리얼타임 개발안내 기능(3) (2)와 실제 이동일정의 트레이스에서 원래의 수요 내용과 질을 추정하는 기능<그림 4>에서 승객의 옆에 있는 Tag는 이 IPASS라고 생각해도 좋다. 사이버레일은 IPASS 같은 기능을 갖는 가상의 매체인 Tag를 여행자가 갖는다고 생각한다. 현재라면 Mobile Suica 같은 것을 상정하는 것이 가장 판단하기 쉬울 것이다.사이버레일은 수송요구를 정보 공간에 무리하지 않고 대처하기 위한 메커니즘이 환승 안내이다. 역전 탐험 클럽 등 환승 안내를 하는 사이트와 프로그램이 인기가 높다. 안내가 승객의 요구를 적확히 채운다면 승객은 안내대로 행동을 할 것이다. 적확한 안내를 실현하기 위해서는 수동적인 안내(현상의 정보를 적확히 전한다)만으로는 무리로 운행측도 안내에 따라 액티브하게 운행을 제어할 필요가 있다. 승객에 적확한 안내를 하는 서비스가 실은 승객의 움직임을 제어하는 가장 똑똑한 메커니즘이라고 할 수 있다. 사이버레일에는 적확한 안내를 함에 따라 정확히 수요를 내는 메커니즘을 전제하고 있다는 표현도 가능하다.다음으로 중요한 기능은 여행자의 위치정보에 근거한 리얼타임 개별 안내기능이다. 여행자는 여행 도중에 계획을 변경하거나 중단할 수도 있다. 이 같은 경우에도 이 기능은 대응해야 한다. 환승 안내로 대국적인 수송 요구를 파악, 승객의 계획변경과 운행의 상황에 따라 리얼 타임으로 안내를 수정할 메커니즘이 정확히 동작하면 여행자는 시스템을 신용하고 완전히 그 지시에 따를 것이다. 그렇게 되면 그 같은 여행자의 요구를 전제하고 수송이 정상인 경우에도 외란으로 운행이 지연된 경우에도 여행 요구를 신속히 채우는 구조가 운행관리라는 것이다. 이는 사이버레일이라는 컨셉 이전부터 요구되어진 것이고, 역으로 사이버레일은 그것을 통합해 검토하려는 기치이다.
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