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列車自動停車系統

列車自動停車系統（英語：Automatic Train Stop，縮寫：ATS），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號誌機前停下。它廣為各類鐵路使用，跟自動列車警報裝置（AWS）雷同。

在中國大陸的自動停車裝置以ZTL型自動停車裝置（類似AWS）和ZTS型自動停車裝置（類似ATS）為主，名稱不同，原理類似。

原理和結構

ATS系統通常分為兩種類型：與號誌機燈號相連動的用於防止碰撞的ATS，以及與號誌機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類型：

  • 在接近停車訊號時發出警報，並且如果駕駛員沒有按照警報器警鈴聲要求來採取必要的操作（通常是按下ATS確認鈕），將會觸發列車軔機而煞停（國鐵B型和S型）[注 1]。
  • 只有當駕駛員執行異常操作（無論是身體不適、錯誤操作或是故意操作等原因）時，才會介入並觸發列車的制軔裝置（即軔機）；而在駕駛員遵循號誌的正常操作時，不會對其進行干預。

ATS裝置存在多種不同的結構，即使在同一條鐵道路線上，也可能同時由不同用途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

 
車上子（攝於車輛中央部分）

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訊號。這種區別與訊號傳輸有關，不同於基於接收到的訊號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。前者通過地面子系統立即驗證所接收的訊號，而後者將來自地面子系統的訊號存儲並連續驗證。

自動列車停車系統由地面設備和車載設備組成，用於傳遞控制訊號。地面設備是一種裝置，可將訊號指示和速限等訊號從地面發送到列車。車載設備是安裝在車上的設備，可接收地面設備發送的訊號，並根據條件自動啟動軔機。當列車速度超過一定值時，自動操作軔機的功能稱為速度驗證。

根據地面設備和車載設備之間的差異，自動列車停車系統可分為以下類型：

打子式

與號誌機配合，利用連接鐵路軌道的動作子（Trip Arm）機械地操作列車軔機。（點控制）

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訊號。（點控制）

軌道迴路式

使用流經鐵軌的訊號電流以電子方式向列車發送資訊的方法。 （連續控制）

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、訊號頻率或壓縮電文（代碼）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才能成為一個系統有效工作。利用ATS的「從地面讓列車軔機啟動」機制，也衍生出了一些設備，如鐵路隧道口保護裝置、曲線速度限制裝置和道岔速度限制裝置。

軌道迴路式

 
軌道電路式ATS系統中使用的受電器（用圓圈圈出的部分）

軌道電路系統採用軌道電路發出停止訊號。兩側的兩根鋼軌被當作傳輸線利用，從阻塞物末端發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。 該系統通過在接收器上接收訊號電流，將訊號從地面傳輸到車輛上。接收器安裝在車輛上車軸的前面。接收器也可用於 ATC（自動列車控制）本種類可以達成連續控制，且有助於追蹤訊號電流的變化。

ATS使用的軌道迴路訊號電流類型分為商用頻率軌道迴路、分頻軌道迴路和AF軌道迴路。地面向車輛發送訊號的方式如下：

  • 在地面上，斷開訊號電流一定時間，車上的設備檢測到訊號中斷，並通過訊號中斷的時間來判讀訊號內容（例如ATS-B、1號型ATS等）。
  • 使用AF軌道迴路發送對應於每個訊號燈顯示的特定頻率的訊號電流，並由車上設備接收它（例如西武ATS等）[1]。
  • 使用AF軌道迴路，與號誌機燈號顯示同步發送一定頻率的載波訊號，並將其調製，再由車上設備接收它（例如阪急ATS、ATC等）。
  • 使用AF軌道迴路傳輸數位訊號，並由車上設備接收之（例如C-ATS等）。

日本國鐵和JR所用的ATS

ATS-S型（地上發射器型）

 
ATS-S地上子

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（險阻）時，發射器就會自動發射 130kHz 的訊號，列車通過時，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軔將列車停止。

除保障列車避免冒進紅燈（險阻）訊號外，ATS-S亦設有計時式速度檢查裝置。在道岔前若干距離，設有一組兩個的地上訊號收發器，當列車通過第一個地上收發器時，地上收發器會接收到車上收發器不斷發出的105kHz訊號，並啟動計時器。第二個地上收發器會在預設時間值內，發出130kHz的警報訊號。若列車在預設時間值內通過第二收發器（表示車速過高），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（自動停車），危險性可能存在。

ATS-S改良形 （ATS-Sx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，在通過顯示停止的絕對號誌機並設的即時停止地上子（衝燈或誤出發）的瞬間，便會施行緊急制軔。車上時間式速度照査機能則是透過比較二個地上子對的通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軔。

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（JR北海道）與東日本旅客鐵道（JR東日本）稱作SN，東海旅客鐵道（JR東海）為ST，西日本旅客鐵道（JR西日本）是SW (SW2) （車體標記為S），四國旅客鐵道（JR四國）是SS（SS II[注 2]）（部分車體標記為SS），九州旅客鐵道（JR九州）為SK （車體標記是SK），日本貨物鐵道（JR貨物）稱作SF。SN形只設即時停止機能，SN以外系統則設有即時停止機能及追加車上時間式速度照査機能（車上子在0.5秒[注 3]以內通過2個地上子間便會施行緊急制軔）[注 4]。而ST形亦設列車番號送出機能[注 5]。另外為了簡化車上裝置的設計，SW形比ST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SN型機能，但其後加入車上時速照查設備以對應ST。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SN型為105 kHz其餘為103 kHz。 車體標示方面，JR北海道為SN（S和N是大文字，被四角形包圍），JR東日本為SN，JR東海為ST（東海管內如不切換到ATS-P則只有絕對停止功能），JR西日本為S，JR四國為SS或S，JR九州為SK，JR貨物為SF。

  •  
    絕對訊號機旁邊的ATS-SN形即時停止地上子
  •  
    ATS-ST形地上子
  •  
    絕對訊號機旁邊的ATS-ST形即時停止地上子
  •  
    ATS-SW形地上子
ATS-S/Sx形車上子・地上子傳輸/諧振頻率（單位：kHz）
ATS-S ATS-Sx
Sn St SW/SS/SK/SF（新）
車上子（傳輸頻率） 恆定傳輸頻率 105 103
列車番號送出 - - 360 -
地上子（諧振頻率） 停止訊號 130 129.3
即時停止 - 123
車上時間式速度照査 - - 108.5
通行訊號 103

ATS-P型（數位傳送制軔曲線型）

 
ATS-P照査原理示意圖。A為照査最高速度，B為正常行駛速度，C開始照査地上子，D是更新用地上子，E是訊號機。紅色虛線駕駛失誤，ATS系統介入剎車的情況。
 
ATS-P形有電源地上子（內藏中繼器雙向形）
 
蒸気機車D51形ATS-P形・Ps形車上表示器（2007年3月15日）
 
ATS-P形車上表示器（JR西日本形・103系）

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，通過車上計算根據列車位置、減速性能和坡度來計算實時的行車限界速度，然後通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，因此在後續的數位式ATC（D-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

地上裝置通過地上子以數位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，列車通過這些數據基於自身的制軔性能和行駛距離實時製作出一系列上速限度即模式（表示自製動開始到停止/減速期間速度變化的曲線），並使用這些上速限度值來進行實時速度照査[2]。運轉常時的模式最高速度設置為車輛的最高運轉速度+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[2]。

地上裝置在JR東日本、相模鐵道（相鐵）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，並且能通過收到地面設備傳來的資訊對種類進行分類以進行踏切和號誌機的定時控制和顯示[注 6]。地上裝置已經改為了雙向資訊傳輸的地上感應子。

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（相鐵）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速限度值（模式），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號誌機。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可以設置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。只要列車的制軔性能正常，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（EC）、中繼器（RP）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接，中繼器和地面裝置由連接電纜連接。編碼處理器根據號誌機的呈文從內置的電報ROM中提取控制電報並通過電纜運送，中繼器積累由電纜運送的與它接收的地上子的控制電報相匹配的控制電報，之後通過地上子將控制電報運送至車輛。

控制系統的實現方式是，在距離號誌機600公尺的地方（也稱為外方）設置了模式發生的地上子。當號誌機現示停止時，列車以前方號誌機的注意訊號速限接近該地面設備。地面設備會向車上運送一些資訊[注 7]，車上接收到這些資訊後，會生成並儲存從該車輛到達該號誌機的模式曲線圖。之後，如果列車以該圖中的速限以下的速度減速並停止，則無事發生。如果列車速度接近速限[注 8]，警告器將發出警告聲[注 9]，並且ATS-P車載顯示器將在駕駛室中顯示「模式接近「警告（=パターン接近）。如果列車的速度超過了速限，則直通制軔系統車輛將使用常用最大制軔將列車停止（常用制軔的解除時間較短，因此響應速度較快，而有些車輛在使用緊急緊軔之後可能不能立即恢復），自動制軔系統車輛將使用緊急緊軔進行停車。此後進行ATS復歸，制軔系統將解除制軔。此外，如果號誌機現示從停止R變化到注意Y或進行G，或進行其他類型的訊號升級，為了傳遞更新資訊，在號誌機和模式發生設備之間會設置更新用地面設備[注 10]，用於向車上運送更新資訊。區間閉塞·出站號誌機中有3個[注 11]，，場內號誌機中有6個[注 12]。當出現曲線或道岔速度限制時，系統會從模式發生地面設備運送資訊[注 13]，車上將創建並存儲以速限曲線或道岔為起點和速限區間為終點的模式速度照查曲線，並通過該模式減速並在速限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，在每列車的制軔性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營運，可以增加運輸能力。這不是由於使用了利用地上子的數位方式，而是將模式曲線匹配引入到ATS-Sx上。儘管ATS-Ps不是數位方式，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性能的環境下，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公尺的冒進事故，當時正值下雪天氣。

ATS-PN（無電源地上子方式ATS-P）地上裝置

 
ATS-P(N)（無電源地上子方式ATS-P形）地上子

這種ATS-P地面裝置是針對列車密度相對較低的路線區段引入的，省略了車載到地面的資訊傳遞功能。它根據號誌機的顯示條件，通過無電源地上子的電文切換繼電器切換，從內置的電文ROM中選擇相應的控制電文運送到車載設備，並且運送所需的特定頻率由車上子設備提供。[注 14]

最初，無電源地上子最多支持3種訊號現示對應，但現在已擴展到最多支持5種（單線區間的方向），具有多個"電文"=代碼。並且與Sx地面子一樣，只需通過訊號現示即可進行控制，因此可以非常廉價地安裝。從2001年初到2010年，它們已在首都圈周邊約600公里的路線區段中引入，這些區段不需要現示提升功能。

該裝置被省略的機能有：編碼器（EC）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。需要注意的是，車載設備是通用的。

設置區間

ATS-PT形 （JR東海ATS-P）

 
ATS-PT形地上子

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[3]。

基本的構造與JR他社導入的ATS-P同樣，但車上裝置不會使用常用制軔。 開啟駕駛台會先起動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PT。

ATS-PF形 (貨物列車使用的ATS-P車上裝置)

JR貨物所屬的機車上裝置中有一部分裝配了ATS-PF型車載裝置，簡稱為PF。ATS-P型的裝置不能適應貨物列車的速度限制，並且貨物列車的車輛通常只能進行單方向的制軔操作，其制軔能力較強。由於貨物列車與客車的減速特性不同，因此無法共用車載裝置。因此，開發了專門用於貨物列車的ATS-P車載裝置。

根據貨物列車牽引的貨物類型，其最高速度有所限制，因此通過車載裝置的"列車設定開關"來設置最高速度[4]。最高速限可以選擇45、55、65、75、85、95、100、110 km/h，還可以選擇25 km/h作為調車時的最高速度。在超過速限模式時，只能發出緊急緊軔指令[4]。駕駛台上配備了駕駛台顯示器，通過條形圖顯示當前列車速度和正在發生的速限模式曲線的照査速度，還設置有大型揚聲器[注 15]，用於在電源投入、速限模式曲線產生或解除、接近速限模式曲線或恢復時發出提示音或女聲播報。同時，如果機車作為重連運轉的輔助機車或後推輔助機車時，還裝備了停用ATS功能的功能[注 16][4]。此外，JR東日本和JR東海管內使用連續式ATS-P，JR西日本管內採用駐點P方式，考慮到駕駛操作和規格上的一些差異，ATS-PF裝置還配備了「東模式」[注 17]和「西模式」[注 18]，並具有使用切換地上子（在醒井～米原站的公司界標誌處有"ATS西⇔東"的標誌）進行自動切換的功能[4]。EF210形（包括セノハチ補機）・EH200形・EF510形・EH500形・EH800形（量產型）、DD200型新製造時就搭載了PF裝置。調車機車未搭載PF，且最高速度較低，因此需要由主線用機車牽引，來回穿梭於常駐車站和機廠之間。

車輛標記為PF。

JR貨物正在開發ATS-PF和Ps綜合型車載裝置。[5]

據點P方式

在保留ATS-Sx和ATS-Ps地面子的情況下，JR西日本和東日本採用了在絕對號誌機附近、部分道口和道岔處設置ATS-P地面據點裝置的方法。

JR西日本

絕對號誌機（場內和出發號誌機）、靠近月台的道口（用於防止停車列車超過道口的保護）以及道岔附近都會安裝ATS-P地面子，但基本上不會在閉塞號誌機處安裝。

在採用這種方式的區段中，所有號誌機都安裝了ATS-SW地上子，因此只搭載ATS-Sx（Ps・D-TAS）的列車也可以進入據點P區段（ATS-SW正常運轉）。另外，安裝了ATS-P（PT・PF）的列車可以同時啟動ATS-Sx和ATS-P進行駕駛（操作被稱為"ATS-S"，但通過將ATS-P的P電源投入工作狀態以實現同時運轉。可以通過駕駛台的顯示器確認ATS-P是否正常工作。[注 19]）。

在採用這種方式的區段中，未安裝ATS-P地面子的閉塞號誌機將與ATS-SW具有相同的功能，但在車輛密集的車站周圍，由於ATS-P本身的位置基準速度照査方式（模式曲線方式），可以縮短列車間隔，從而以比全線P更低的成本增加整個路線的路線容量。

對於閉塞號誌機區段內的曲線，ATS-SW的車載實時速度照査功能可以實現，但在閉塞區段較短的路線上也會安裝ATS-P速度照査地上子。

需要注意的是，ATS-P2 (P3)是JR西日本設計的車載裝置型號，不表示據點P。

設置區間
JR東日本

2015年起，JR東日本開始在上越線水上站以北的部分車站內和第1閉塞前僅設置據點P運用。與JR西日本不同，JR東日本採用了P/S自動切換而非P/S並用的方式進行應對。根據JR東日本的計劃，他們打算在未來的日本海縱貫線從新潟站到青森站的未設置Ps的區間設置據點P裝置。[6]

設置區間
名古屋鉄道

常滑線和空港線的ATS-P系統是專門為名鐵特急2000系列車（：名鉄2000系電車）設計的，僅在部分曲線（速限較高）和中部國際機場站採用了據點P方式進行設置（普通列車和普通區間使用M式ATS）。

ATS-Ps形（變周地上子組合剎車曲線型）

 
ATS-Ps的照査剎車曲線圖。A是照査曲線，B是第1曲線發生地上子，C是ATS-S形的地上子，、D是第2曲線發生地上子，F時訊號機，E是直下地上子
 
ATS-Ps地上子。根據功能，多個單元作為一組安裝。

Ps形是SN形・Sx形（ST・SW・SF形等）在增加了新的地上子的變頻率[注 21]並將其位置規則存儲在車上，增加了可生成速度照查模式曲線的功能，使其具有接近P形的功能的保安裝置。Ps型是Sx型的上位互換，可相互兼容。根據結構和功能，可以理解為它是增加了車上演算速度檢查功能（模式曲線檢查）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、道岔和坡度的速限。但是，如果列車速度超過模式曲線速度（=「ブレーキ動作」），[注 22]將啟動緊急緊軔停止列車。停車後需要手動釋放制軔。此外，Sx型的速度照查功能也可以直接使用。共有3個地上子。如果號誌機現示紅燈，則在距離號誌機前655公尺的第1模式地上子處生成的速度檢查模式曲線（機車為55 km/h），然後在前390公尺處的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型地上子在場內號誌機的外部設置，且在場內號誌機與出發號誌機之間的距離較短，則在前3個地上子的前2公尺處設置稱為標記地上子[注 23]的識別用地上子，當出發號誌機顯示停止訊號時，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號誌機的速度小於15 km/h時，由位於號誌機前20公尺的直下地上子自動執行緊急緊軔。此外，如果車上已經產生了速度檢查模式，並且號誌機現示綠燈，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[注 24]。

速限的速度照查則有曲線、道岔、坡度和臨時速限四種速度照查模式。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公尺處設置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公尺的間隔再次設置標記地上子。在車輛上，將生成速度檢查模式曲線，通過速度限制區間的終點，模式曲線即刪除。道岔速限則從道岔限制區間的起點開始，在前555公尺處根據限制速度改變地上子之間的距離來設置2個標記地上子，經過最大長度為50公尺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形那樣特殊的電源設備和車載裝置，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。

設置區間

仙台地區已開始安裝，新瀉地區的安裝也在進行中。運用範圍如下：

ATS-Dx (DN・DK・DF) 形

 
817系3000番台的駕駛台
在時刻表下的黑色機器為ATS-DK表示機
 
415系電車（JR九州）駕駛台的ATS-DK機器。

系統概要

ATS-Dx是由鐵道總研開發的一種新型車載速度檢查式ATS-X，它在確保與ATS-Sx的功能互換性的同時，在車輛上生成速度檢查模式。為了實現與路線條件相適應的速度限制功能，並實現低成本化和省略地面設備，ATS-Dx引入了車載資料庫（車載DB）。它是在具備ATS-Sx的相容性和車載速度檢查功能的基礎上，利用車載資料庫進行生成路線條件相關的速度檢查模式和速度限制功能。

ATS-Dx系統使用ATS-Sx車載子裝置[注 25]，地面裝置除了使用與傳統ATS-Sx相同的變頻頻率[注 26]外，還使用能夠同時運送數位訊號的D型地上子。作為種類，有以下四種地上子：有電源地上子，用於將距離以及號誌機之間的距離等資訊以數位訊號運送；無電源電纜地面子，用於運送固定的數位訊號；根據號誌機顯示運送相應的的速度檢查模式曲線刪除的地上子；用於安裝輔助功能和附加功能所需的控制地上子。

從以上規格來看，ATS-Dx系統在地面和車載系統中繼承了ATS-Sx的操作，並添加了更新的設備和功能。它不是完全替代ATS-Sx系統或在運轉中切換系統的獨立系統，這一點與ATS-P不同。此外，如果與ATS-Dx地面子的通訊未能正常完成，或者ATS-Dx系統的車載設備發生故障，系統將自動切換到由ATS-Sx控制。也就是說，本系統實際上作為備份系統運轉（詳見下文）。

為了在ATS-Dx中保持線形等資訊正確，車載設備需要始終保持列車的絕對位置正確。這與其他模式檢查式ATS（如ATS-P）類似，通過速度發電機進行距離累積測量，並使用安裝的絕對位置確認地上子進行列車位置校正（詳見下文）。

車載DB的機制和操作

車載資料庫（車上DB）由兩個資料庫組成，用於簡化維護，包括車輛性能資料庫和路線資料庫。車輛性能資料庫根據車輛的型號、最高速度、減速性能和車輛類型（如傾斜式車輛、主車、機車等）提供速度校正資訊，包括曲線等。此外，它還包括測量車輛當前位置所需的速度發電機參數以及車輛側車載子的安裝位置。路線資料庫作為"絕對位置數據"，範圍橫跨相應路線段的整個區域，包含各路線段的距離資訊、精確的區段長度、路線段ID以及版本資訊作為數據更新資訊。對於每個路線段，具體的路線數據按站（訊號所）進行整理和保存，其中包括路線段的絕對位置資訊、上下行區分、號誌機位置、地面子位置、速度限制資訊（路線段最高速度、坡度、曲線、道岔）等。此外，還保存了每個車站內各股道和停車目標位置的資訊。

車上DB通過數據輸入構建完成後，會使用類比裝置進行模式曲線生成的驗證試驗。通過試驗的資料庫才能被註冊到管理裝置中。在營運時，從管理裝置將數據複製到存儲卡中，駕駛員將該存儲卡插入到ATS-Dx的車載裝置中，以進行車上DB的設置。

在實際行駛中，由速度發電機一直計算列車的絕對位置；但隨著行駛的進行，實際位置會產生累積的誤差。因此，每次經過地上子時，根據車上DB中相應的位置矯正地面子的絕對位置資訊進行位置校正。此外，如果適用路線上的地面設備發生變化，則需要更新適用的車上DB以及路線DB的版本資訊，這些資訊也被保存在管理裝置中。部分地面子會運送適用的DB版本資訊，如果車上DB中DB版本資訊與之不符（數據過時），將觸發緊急緊軔措施。

台灣鐵路管理局的ATW/ATS

台灣鐵路管理局（下簡稱台鐵）過去裝設的ATW/ATS（Automatic Train Warning & Automatic TrainStop）是由瑞典Ericsson公司（即後來的Bombardier Transportation）[11]所開發[12]，台灣鐵路管理局於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。

台鐵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（行車資訊點）接收地面感應器（Beacons）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一般根據列車性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。[13]。

JZA 750型ATW/ATS設備

台鐵的JZA 750型ATW/ATS包含地面設備與車上裝置。

地面設備

地面設備包含地上感應器（Beacons，每組包含A、B兩個感應器）、DC/DC換流器、複示繼電器等設施。

  • 感應器（Beacons）

每個列車資訊點包含一組感應器（Beacons）設置於軌道中央，由A、B兩個感應器組成，分別傳送固定資訊（A感應器）及變動的號誌訊息（B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，故不需外部連接。至於感測器運作所需的電力，則是透過車上設備的感測器天線傳向地上感應器供應。[14]

此種透過車上裝備傳送感應器所需能源[15]，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，亦為台鐵後來引進的ATP系統（基於ETCS L1標準設置）使用的歐洲感應器（Euro Balise）所援用（但Euro Balise也可以只在每個行車資訊點上裝設1個感應器，透過每個行車資訊點感應器的序號連貫，判定行車方向）。

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 ...」。[16]A感應器僅傳送4.5 MHz的固定資訊（訊號內容為 1111 1111），而B感應器傳輸的訊號包含「停車」、「警告」、「通過」等資訊。[17]

  • DC/DC換流器

DC/DC換流器是作為號誌設備與感應器的隔離介面，其作用為電壓匹配及電源隔離（防止接地）。[18]

  • 複示繼電器

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干擾。[18]

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設備。

  • 車地訊號傳輸部分

當列車通過感應器時，傳送單元經由天線向地面感應器（Beacons）傳送「能源」及「同步脈波」，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。[18]

  • 列車速度監控部分

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、表示燈等設備。[18]

  • ATS控制盤

ATS控制盤上設置有警示燈號（包含「95黃燈」、「55黃燈」、「紅燈」及「綠燈」）、列車別開關、指揮按鈕、釋放（解除）按鈕、蜂鳴器及確認按鈕。

運作方式

列車種別選定

ATW/ATS的車上設備可以選擇列車種別。司機員在啟動ATW/ATS系統時，可以透過「列車別開關」選擇「Off（關閉）」、「Freight（貨車）」或「Express（客車）」。

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（Y/Y）號誌機」之情形，距離險阻號誌約為800公尺（或1000公尺）。[19]

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（或150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。[19]

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」（ATW供不停站通過列車使用）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（如為中速號誌機則為800或1000公尺處）收到ATW訊號，對司機員進行警告並依選擇的車種類別進行車速監控。如列車未於險阻號誌前300或150公尺（出站或閉塞號誌則為15公尺）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

地面設備中的感應器（Beacons）透過控制電纜與相對應的號誌連接，藉以控制感應器傳輸的電文內容為「停車」、「警告」或「通過」等資訊。於列車行經行車資訊點時，會透過車上設備中的天線與傳輸設備向感應器發送「能源」及「同步脈波」，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設備發送。車上設備可以透過感測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，車上邏輯設備才會分析B感測器傳輸的電文，並依照情況作出反應。[17]

自動警報（ATW）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（客運列車應在20秒內減速至95km/h，貨運列車應在35秒內減速至55km/h）。在查核車速前10秒，會以紅色閃光通知司機員注意。[20]

自動停車（ATS）功能

列車在收到「停車」電文，車上設備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通過險阻號誌，司機員可以在通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的速度通過感應器。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秒才通過感應器（此時感應器仍傳輸「停車」電文），則會啟動緊急煞車。[21]

使用狀況

  • 1878年法國成功研製第一套列車自動停車裝置。
  • 1880年俄國鐵路開始安裝機械式列車自動停車裝置。
  • 英國和美國於1920年代，德國於1930年代，日本於1940年代，中國大陸於1950年代相繼大量安裝列車自動停車裝置。
  • 1980年代，自動停車裝置在很多國家已成為鐵路行車系統中必不可少的保證行車安全的技術設備之一。
  • 台鐵（與AWS同型，目前已經停用。）

相關條目

參考資料

  1. ^ 篠田勝. . 電気車の科學 (電気車研究會). 1968, 21 (12): 46–52.
  2. ^ 2.0 2.1 『鉄道車両工業』通巻474號、p.41
  3. ^ 在来線に新型ATS完了. 読売新聞. 2012-02-16 [2012-02-16]. [失效連結]
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 『鉄道車両工業』通巻474號、p.42
  5. ^ 日本貨物鉄道株式会社 ATS-PF・Ps統合型車上装置. 京三サーキュラー 2014Vol2. 京三製作所. [2014-12-01]. （原始內容存檔於2014-10-24）. 
  6. ^ 保安装置の設置状況 (PDF). 會社要覧2016-2017. 東日本旅客鉄道: 8. 2016-04 [2016-09-26]. （原始內容存檔 (PDF)於2021-01-05）. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 サステナビリティレポート2018 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 34頁 - JR東日本、2018年9月
  8. ^ 安全報告書2018 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 仙台空港鉄道、2018年6月
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 第三セクター鉄道等の概要. 第三セクター鉄道等協議會. 2020年9月: 8–9. 
  10. ^ 會社案內 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 阿武隈急行株式會社
  11. ^ Ericsson Signalling公司沿革，參見：交通部鐵路改建工程局 列車自動防護系統(ATP)訓練及檢測，頁3。
  12. ^ Ericsson公司則將台鐵的ATW/ATS系統視為瑞典ATC-2/EBICAB 700（JZG 700）系統外銷用的早期變體。參見：Anders Sjoberg, Automatic Train Control, L. M. Ericsson Review 1981, P. 29.不過，台鐵的ATS/ATW系統較瑞典的ATC-2簡化許多，並不包含車載速度號誌及計算減速曲線等功能。
  13. ^ 台灣鐵路管理局，號誌設備概要，94年10月12日，頁9-1；鍾志成，列車安全防護系統的原理與演進，台鐵季刊369期，頁12。
  14. ^ 台灣鐵路管理局，號誌設備概要，94年10月12日，頁9-1～9-2。
  15. ^ 交通部臺灣鐵路管理局 赴瑞典原廠接受自動列車防護系統教育訓練，頁32-33]
  16. ^ 於1981年投入使用的瑞典的ATC-2/EBICAB700/JZG700使用的Beacons也是採取類似模式，但訊息結構改為「同步1-訊息1-訊息2-訊息3-同步2-...」的模式，電文全長32位元，訊息位元合計12位元（3x4）。參見：Anders Sjoberg, Automatic Train Control, L. M. Ericsson Review 1981, P.26.
  17. ^ 17.0 17.1 台灣鐵路管理局，號誌設備概要，94年10月12日，頁9-2。
  18. ^ 18.0 18.1 18.2 18.3 台灣鐵路管理局，號誌設備概要，94年10月12日，頁9-1。
  19. ^ 19.0 19.1 台灣鐵路管理局，號誌設備概要，94年10月12日，頁9-3。
  20. ^ 台灣鐵路管理局，號誌設備概要，94年10月12日，頁9-3；鍾志成，列車安全防護系統的原理與演進，台鐵季刊369期，頁17。
  21. ^ 台灣鐵路管理局，號誌設備概要，94年10月12日，頁9-2；鍾志成，列車安全防護系統的原理與演進，台鐵季刊369期，頁17。

注釋

  1. ^ 即使在沒有場內號誌機的終端車站，由於存在ATS地上子，無論如何都會進行確認處理。
  2. ^ SW2形と同様にスペクトラム拡散方式でのFFT方式によるスペクトル解析で共振周波數を検知する脫変周方式を採用しており、ATS機能のみとその機能に加えて振り子制御を行うために、車両側で地上子を検知して地點訊號を出力する機能の2種類がある。
  3. ^ 電車の場合は0.50秒、機関車の場合は0.55秒で設定されており、車上で予め設定されている。
  4. ^ 列車が設定された速度以上になると非常ブレーキにより停止できるように地上側の地上子間隔を、設定された速度おいて車両側が0.5秒で通過できる間隔に設定して設置する。
  5. ^ 駅付近の踏切において、列車番號情報により駅に停車するか又は通過するかを判斷して踏切の警報時間の均一化を図る機能であり、車上側から車上子の常時発振周波數にその情報である360±12 kHzの周波數のMSK変調波を重畳（重ねて）して地上側の地上子に送信され、地上側ではその情報を地上子で受け取り、その後、訊號迴路の電源ケーブルを通り電子踏切裝置に送られて、駅での通過又は停車を判別して踏切の警報時間を制御する。
  6. ^ 紅綠燈指示從警告訊號 (YY) 變為注意訊號 (Y)
  7. ^ 除了到號誌機的距離外，也會運送其他資訊，包括現示代碼（號誌機的當前顯示）、地面設備資訊（有電源/無電源）、號誌機類型（發車、場內、區間等類型的號誌機）和到達下一個地面設備的距離資訊。 如果號誌機顯示為G，則會假設下一個號誌機顯示為R（但不一定是R），並將到達該號誌機的距離資訊運送給車上。
  8. ^ 使用車上生成和存儲的模式時，列車的速度檢測和距離計算數據源來自於速度發電機輸出的脈波。
  9. ^ JR東日本、相模鐵道、北越急行、東京臨海高速鐵道、伊豆急行所屬的車輛（包括JR西日本681系/683系「はくたか」用編組、名鐵2000系、JR東海373系等）使用」叮「聲，而JR西日本、智頭急行所屬車輛（包括JR東海285系）使用電子鈴聲」叮咚「。
  10. ^ 如果沒有訊號升級，則會運送到號誌機的距離資訊或即時停車資訊（直下地上子），但如果在從R現示的號誌機的外方50公尺處停車的列車在號誌機升級並開始運轉時，會將更新檢查模式的資訊運送到列車。
  11. ^ 號誌機前180 m・85 m・20 m。
  12. ^ 號誌機前280 m・180 m・130 m・85 m・20 m。
  13. ^ 對於速度限制，會將限制的速度、限制區間的長度、到曲線的距離等資訊運送到車上。
  14. ^ 245khz
  15. ^ 專為在電力機車機械倉產生的嘈雜環境中使用而設計
  16. ^ 僅有最大速度照查
  17. ^ 在 JR 東日本和 JR 東海管內使用
  18. ^ 在JR西日本管內使用
  19. ^ JR東日本車和JR東海車在運轉該區段時會打開ATS-P切換連動開關，而JR貨物車則將設置為西模式以行駛在該區段。
  20. ^ 寶冢站福知山方向有一個標誌，提示駕駛員是否要從 ATS-P 切換為 ATS-SW。
  21. ^ 將車載設備的常規發射頻率從103千赫改為73千赫，除了傳統的108.5千赫、123千赫和130千赫之外新增了80千赫、85千赫、90千赫和95千赫作為地上子的變頻率。此外，還運送頻率為100.5千赫的訊號以激活備用車輛檢測器和道岔速度檢查裝置。
  22. ^ 與ATS-P型相同，車輛在生成的模式曲線中使用的列車速度檢測和距離累加使用來自速度發電機的輸出脈波，但通過同時使用兩台速度發電機計算以提高精度。
  23. ^ 運送90kHz或95kHz的可變頻率
  24. ^ 在Pb模式中，接收到標記地上子運送的95千赫訊號後，在行駛距離不到3公尺的地方接收到103千赫訊號後曲線便會被刪除。
  25. ^ 檢測方式使用從車載發收器向車載子運送展頻訊號，以檢測地面子的變頻頻率，採用去變頻方式。
  26. ^ 發生的變頻頻率有四種：103 kHz、108.5 kHz、123 kHz、130 kHz。

參考文獻

外部連結

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