列車自動停車系統

列車自動停車系統，為日本鐵路事業中，最基本及最常見的行車保安裝置，並一般定義為「強制把行駛中的列車停止的裝置」，以保障列車可於點亮紅燈的鐵路訊號機前停下。它廣為各類鐵路使用，跟自動列車警報裝置雷同。在中國大陸的自動停車裝置以ZTL型自動停車裝置為主，名稱不同，原理類似。原理和結構.ATS系統通常分為兩種型別：與訊號燈相連的用於防止碰撞的ATS，以及與訊號燈獨立的用於控制超速的ATS。此外，根據操作方式，ATS系統也可以分為以下兩種型別：ATS裝置存在多種不同的結構，即使在同一條鐵路線上，也可能同時使用不同的裝置進行功能分擔。以下是對ATS裝置結構和分類的概述。控制方式.傳送列車控制資訊的方式有兩種：連續控制和點控制。前者將控制資訊連續地傳送到列車上，後者則在如地面標記之類的一點處傳輸資訊。這種區別與資訊傳輸有關，不同於基於接收到的資訊進行速度驗證的方法。對於“點控制”，有兩種速度驗證方法：即時驗證和連續驗證。前者透過地面子系統立即驗證所接收的資訊，而後者將來自地面子系統的資訊儲存並連續驗證。自動列車停車系統由地面裝置和車載裝置組成，用於傳遞控制資訊。地面裝置是一種裝置，可將訊號指示和限速等資訊從地面傳送到列車。車載裝置是安裝在車上的裝置，可接收地面裝置傳送的資訊，並根據條件自動操作制動器。當列車速度超過一定值時，自動操作制動器的功能稱為速度驗證。根據地面裝置和車載裝置之間的差異，自動列車停車系統可分為以下型別：打子式與訊號燈配合，利用連線鐵路軌道的動作子地上子式使用放置在軌道上的“地上子”以電子方式向列車傳送資訊。軌道迴路式使用流經鐵軌的訊號電流以電子方式向列車傳送資訊的方法。 實際上，即使使用相同的控制方法，不同的企業也可能在地面子系統、訊號頻率或電文以及地上子系統的安裝位置等方面存在差異，因此細分下來還有更多區別。只有當地面和車上的訊號頻率等方式相匹配時，ATS才能作為一個系統有效工作。利用ATS的“從地面讓列車制動器起動”機制，也衍生出了一些裝置，如鐵路道口保護裝置、曲線速度限制裝置和道岔速度限制裝置。軌道迴路式.軌道電路系統採用軌道電路發出停止訊號。兩側的兩根鋼軌被用作傳輸線，從阻塞物末端傳送到入口處的訊號電流被車軸短路，因此訊號電流不再到達阻塞物的入口處，而是到達安裝在車軸前的接收器，同時接收器接收訊號電流。 該系統透過在接收器上接收訊號電流，將資訊從地面傳輸到車輛上。接收器安裝在車輛上車軸的前面。本種類可以實現連續控制，而且對訊號電流的變化有很好的跟蹤。ATS使用的軌道迴路訊號電流型別分為商用頻率軌道迴路、分頻軌道迴路和AF軌道迴路。地面向車輛傳送資訊的方法包括：日本鐵路公司所用的ATS.ATS-S型.現時最基本的ATS為ATS-S型，此形式在每個訊號燈前若干距離，均會設一個可變頻的訊號發射器。發射器一般會發出105/103kHz的訊號，示意前方為可前進的訊號。當前方訊號燈為紅燈時，發射器就會自動發射 130kHz 的訊號，列車透過時，訊號會傳送至「車內警報裝置」，並觸動警報器通知駕駛員確認，若駕駛員未能在五秒內確認，裝置會自動施行緊急制動將列車停止。除保障列車避免冒進紅燈，訊號亦會觸動車內警報裝置。ATS-S型的問題是：如果列車司機確認後但無視警報，列車不會獲得進一步保障，危險性可能存在。ATS-S改良形 .在只有警報機能的S形上，在全JR線加入即時停止機能，另外JR東海及以西各社與JR貨物也加入時間式速度照査機能。即時停止機能的話，即時按下確認按鈕解除警報，在透過顯示停止的絕對訊號機並設的即時停止地上子的瞬間，便會施行緊急制動。車上時間式速度照査機能則是透過比較二個地上子對的透過時間與車上計時器而檢查速度，速度超過時便會施行緊急制動。ATS-S改良形於JR各社的稱呼及受信機各有差異。北海道旅客鐵道。而S形亦設列車番號送出機能。另外為了簡化車上裝置的設計，SW形比S形省去了列車番號送出機能，SK形與SS形也是一樣。SF形當初為S型機能，但其後加入車上時速照查裝置以對應S。此外，遠方地上子與即時停止地上子發出的訊號為130 kHz與123 kHz且兩者通用、車上子持續發出的訊號除S型為105 kHz其餘為103 kHz。車體標示方面，JR北海道為SN，JR西日本為S，JR四國為SS或S，JR九州為SK，JR貨物為SF。ATS-P型.ATS-P是一種自動列車停車裝置。它基於停車限界點等基準點，透過車上計算根據列車位置、減速效能和坡度來計算實時的行車限界速度，然後透過速度照査最終實現列車的減速和停車。由於該車上計算方式表現優異，因此在後續的數字式ATC等保安裝置中得到了廣泛應用。ATS-P的開發旨在解決ATS-S缺點之一：按下確認按鈕後無法繼續控制停止的問題。系統總覽.地上裝置透過地上子以數字訊號的形式傳輸停車訊號、速度限制位置、距離、坡度等資訊到列車上，列車透過這些資料基於自身的制動效能和行駛距離實時製作出一系列上限速度即模式，並使用這些上限速度值來進行實時速度照査。執行常時的模式最高速度設定為車輛的最高執行速度+10公里/小時，即使在沒有生成紅燈停車模式曲線的情況下，車輛最高速度照査也會持續進行。地上裝置在JR東日本、相模鐵道中通常被稱為I型，在JR西日本中也被稱為1型。西日本的裝置不僅能接收ATS-P形訊號，還能進行停通判斷，並且能透過收到地面裝置傳來的資訊對種類進行分類以進行踏切和訊號機的定時控制和顯示。地上裝置已經改為了雙向資訊傳輸的應答器。在本文中，為了方便起見，我們將I型稱為JR東日本和相模鐵道方式，將1型稱為JR西日本方式。對於基準位置上的停車訊號，列車計算出刻秒實時的制限速度值，並與之進行比較，以便能逐漸減速，並能在安全範圍之內工作而不至於冒進訊號機。這種方式幾乎不需要安全冗餘，是一種非常優秀的方式。ATS-P可以設定停止訊號的限制和四種速度限制，列車在這些限制中選擇最低值進行速度照查。ATS-P與ATS-S和ATS-B不同，不需要在警鈴聲後進行確認操作。不同於ATS-S的點照査方式，這種速度照査方法幾乎不需要任何額外的安全保護。只要列車的制動效能正常，就可以避免發生停止訊號冒進事故。因此ATS-P是一種非常安全的方式，可以縮小行車間隔。地面系統由編碼處理器和ATS-P型供電地上子組成。編碼處理器和中繼器由帶有兩個電源和資訊電路的複合電纜連線，中繼器和地面裝置由連線電纜連線。編碼處理器根據訊號機的呈文從內建的電報ROM中提取控制電報並透過電纜傳送，中繼器積累由電纜傳送的與它接收的地上子的控制電報相匹配的控制電報，之後透過地上子將控制電報傳送至車輛。控制系統的實現方式是，在距離訊號機600米的地方，自動制動系統車輛將使用緊急制動進行停車。此後進行ATS復歸，制動系統將解除制動。此外，如果訊號機現示從停止R變化到注意Y或進行G，或進行其他型別的訊號升級，為了傳遞更新資訊，在訊號機和模式發生裝置之間會設定更新用地面裝置，用於向車上傳送更新資訊。區間閉塞·出站訊號機中有3個，，場內訊號機中有6個。當出現曲線或道岔速度限制時，系統會從模式發生地面裝置傳送資訊，車上將建立並存儲以限速曲線或道岔為起點和限速區間為終點的模式速度照查曲線，並透過該模式減速並在限速區間內實施速度照查。ATS-P具有優越性的原因是，採用了車上計算的模式匹配方式，因此不會發生冒進，在每列車的制動效能方面可以因車而異生成最佳的檢查模式，從而實現安全且高密度的運營，可以增加運輸能力。這不是由於使用了利用地上子的數字方式，而是將模式曲線匹配引入到ATS-Sx上。儘管ATS-Ps不是數字方式，但它也以同樣的方式具有優越性。然而在不能保證假定製動效能的環境下，例如降雪天氣，由於不存在安全冗餘，可能無法及時停止或減速到適當的位置，存在安全隱患。實際上，JR西日本的“遙號”特快列車曾在琵琶湖線上發生280米的冒進事故，當時正值下雪天氣。ATS-PN地上裝置.ATS-PN主要引入在較低列車班次密度的鐵路區間，為了降低地上裝置費用，而不使用編碼器；對於列車上→地上發射器的傳遞訊號機能也就省略了。初期無電源地上發射器只載有1個訊號指令；不過，現在可以支援最多5個的訊號指令。該裝置被省略的機能有：編碼器間通訊，車上列車代號接收、光電傳輸、平交道柵欄放下定時等。ATS-PT形 .替換JR東海及名古屋臨海高速鉄道的ATS-ST，2010年度起引入。2012年2月全部在來線更新完成。基本的構造與JR他社匯入的ATS-P同樣，但車上裝置不會使用常用制動。開啟駕駛臺會先起動ATS-ST，經過ATS-P地上子時會切換成ATS-PT，與他社的ATS-P一樣。車輛標記為P。ATS-Ps形.Ps形是SN形・Sx形的Sx型。因此，除了停止訊號，還可以執行基於模式曲線的速度照查，如曲線、道岔和坡度的限速。但是，如果列車速度超過模式曲線速度，然後在前390米處的2個地上子處使用一對地上子產生65 km/h的速度檢查模式曲線。在較短的閉塞區域中，如果Ps型地上子在場內訊號機的外部設定，且在場內訊號機與出發訊號機之間的距離較短，則在前3個地上子的前2米處設定稱為標記地上子的識別用地上子，當出發訊號機顯示停止訊號時，這些地上子將在車輛上方產生與前者相同的模式曲線，稱為“Pb模式”。這兩種方式都可以在接近訊號機的速度小於15 km/h時，由位於訊號機前20米的直下地上子自動執行緊急制動。此外，如果車上已經產生了速度檢查模式，並且訊號機現示綠燈，則3個地上子的變頻率將變為103千赫，當車上接收到這個變頻率時，速度檢查模式曲線將被刪除。限速的速度照查則有曲線、道岔、坡度和臨時限速四種速度照查模式。在曲線、坡度和臨時速度限制的情況下，在速度限制段的起點前555米處設定2個標記地上子，根據速度限制調整地上子之間的距離；然後在速度限制段的終點處以2米的間隔再次設定標記地上子。在車輛上，將生成速度檢查模式曲線，透過速度限制區間的終點，模式曲線即刪除。道岔限速則從道岔限制區間的起點開始，在前555米處根據限制速度改變地上子之間的距離來設定2個標記地上子，經過最大長度為50米的道岔速度限制區間後，自動刪除模式曲線。由於Ps形具有與SN形・Sx形的互換性，並且無需像P形那樣特殊的電源裝置和車載裝置，因此已成為一種可以廉價且容易引入的新型ATS。車輛標記為Ps。ATS-Dx (DN・DK・DF) 形.系統概要.由鐵道總研開發，包含確保與ATS-Sx的機能交換性，車上速度照査，速度制限機能的新型ATS-X系統。為了減低成本及省略地上裝置，引入車上資料庫，因而稱作ATS-Dx。臺灣鐵路管理局的ATW/ATS.臺灣鐵路管理局所開發，臺灣鐵路管理局於1978年開始分階段及區段於所屬線路裝設ATW/ATS系統，並於2007年ATP系統完成安裝後停用拆除。臺鐵ATW/ATS系統屬於「定點式」列車防護系統，系統僅於列車行駛至特定地點時的行車資訊，並僅於行車資訊點上檢核列車是否超速或冒進險阻號誌，並無法如同ATP一般根據列車效能及行駛距離持續監控列車車速至下一個資訊點更新資訊。。JZA 750型ATW/ATS裝置.臺鐵的JZA 750型ATW/ATS包含地面裝置與車上裝置。地面裝置.地面裝置包含地上感應器、DC/DC換流器、複示繼電器等設施。每個列車資訊點包含一組感應器。列車車上裝置可以透過感應A、B兩個感應器的先後，判斷列車行車方向，並僅於感應順序為A→B時，B感測器的訊息才會被車上的邏輯單元裝置所接受。其中，B感應器負責傳送「號誌資訊」，因此必須透過電纜與號誌相連結更新號誌資訊。A感測器的功用則在於與B感測器配套，便於判定列車行車方向，僅傳輸固定資訊，故不需外部連線。至於感測器運作所需的電力，則是透過車上裝置的感測器天線傳向地上感應器供應。此種透過車上裝備傳送感應器所需能源，以及在行車資訊點上裝設「固定資訊」與「變動資訊」感應器判定列車行車方向的模式，亦為臺鐵後來引進的ATP系統。感應器傳輸的訊息為8位元的電碼，包含4個訊息位元及4個偵錯位元。訊息與訊息之間再以8位元的同步碼區隔，以便區隔訊息開始與結束。訊息結構為「訊息-同步1-訊息-同步2 ...」。A感應器僅傳送4.5 MHz的固定資訊，而B感應器傳輸的訊號包含「停車」、「警告」、「透過」等資訊。DC/DC換流器是作為號誌裝置與感應器的隔離介面，其作用為電壓匹配及電源隔離。如果地面感應器控制電纜長度超過75公尺時，必須加裝複示繼電器中繼，以防控制訊號受到交流電氣化的產生的諧波幹擾。車上裝置.車上裝置包含天線、傳送單元、邏輯單元、記錄單元、轉速計、緊急煞車閥及控制盤等裝置。當列車透過感應器時，傳送單元經由天線向地面感應器傳送「能源」及「同步脈衝」，啟動該組感應器。感應器再向列車回應1組「串列訊息」。列車與地面間透過電磁感應的方式進行訊號傳遞。轉速計提供列車的「實際速度」。而邏輯單元分析傳輸單元接收的資訊進行分析、校對後，藉以根據實際情況控制「緊急煞車閥」、「記錄單元」及「控制盤」上的警鈴、表示燈等裝置。ATS控制盤上設定有警示燈號按鈕、蜂鳴器及確認按鈕。運作方式.列車種別選定.ATW/ATS的車上裝置可以選擇列車種別。司機員在啟動ATW/ATS系統時，可以透過「列車別開關」選擇「Off」。感應器裝設位置.ATW感應器裝設位置：於「顯示60km/h以下號誌機」之情形，為常用煞車距離，即距離險阻號誌約為1500公尺。於「顯示中速。ATS感應器裝置位置：於「進站號誌」或「防護號誌」之情形，則為號誌機前300公尺處，預留列車冒進險阻號誌時啟動緊急煞車後列車滑走距離，降低列車冒進造成衝突的風險。至於在「出站號誌」或「閉塞號誌」之情形，則距離號誌機15公尺處，蓋此時追撞風險較低。依實際裝設現場情況，ATW與ATS可以共用感應器。例如「主線出站號誌」及「中途閉塞號誌機」為ATW/ATS併設。因此在前方有險阻號誌時，列車會在距離約1500公尺處停下列車，則列車將會收到ATS訊號並啟動緊急煞車。地面感應器向列車傳輸訊號.地面裝置中的感應器透過控制電纜與相對應的號誌連線，藉以控制感應器傳輸的電文內容為「停車」、「警告」或「透過」等資訊。於列車行經行車資訊點時，會透過車上裝置中的天線與傳輸裝置向感應器傳送「能源」及「同步脈衝」，對於感應器供電並啟動感應器。感應器再將其所對應的號誌的訊號以電文向車上裝裝置傳送。車上裝置可以透過感測A、B感應器的先後順序，判斷經過的感應器是否與其列車行駛方向相符，僅於感測順序為A、B時，車上邏輯裝置才會分析B感測器傳輸的電文，並依照情況作出反應。自動警報功能.列車在收到ATW資訊時，表示盤會亮起紅燈並響起蜂鳴器警告司機員，司機員必須在4秒內按下「確認按鈕」，否則將啟動緊急煞車。司機員必須在規定時間內減速至規定速限。在查核車速前10秒，會以紅色閃光通知司機員注意。自動停車功能.列車在收到「停車」電文，車上裝置隨即會啟動自動煞車，於車速低於15km/h以下時，司機員可以按下「解除按鈕」解除自動煞車繼續前進。如果因為運轉需求必須透過險阻號誌，司機員可以在透過險阻號誌以前將車速降至15km/h以下，並按下「指揮按鈕」後，在20秒內以15km/h的速度透過感應器。於按下「指揮按鈕」時蜂鳴器會發出警報，同時計數器會記錄一次。指揮按鈕在按下20秒後會復原，因此如果超過20秒才透過感應器，則會啟動緊急煞車。使用狀況.日本.日本旅客鐵道集團屬下的鐵路路線，包括川越線、武藏野線、中央線、成田線、外房線、內房線、八高線、五日市線、鶴見線、上越線等。