自動列車停止裝置

自動列車停止裝置(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「強制把行驶中的列車停止的裝置」,以保障列車可於点亮红灯的铁路信号机前停下。它廣為各類鐵路使用,跟自動列車警報裝置(AWS)雷同。

中国大陆的自动停车装置以ZTL型自动停车装置(类似AWS)和ZTS型自动停车装置(类似ATS)为主,名稱不同,原理类似。

運作原理编辑

自動列車停止裝置的原理,是當列車經過信號發射器時,超過訊號所容許的速度,甚至冒進停止訊號的情形,此時ATS會啟動列車上的緊急制動,將列車停下來,避免發生事故。

日本铁路公司所用的ATS编辑

ATS-S型(地上發射器型)编辑

現時最基本的ATS為ATS-S型,此形式在每個信號燈前若干距離,均會設一個可變頻的信號發射器。發射器一般會發出105/103kHz的信號,示意前方為可前進的信號。當前方信號燈為紅燈(險阻)時,發射器就會自動發射 130kHz 的信號,列車通過時,信號會傳送至「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(險阻)信號外,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信號收發器,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信號,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的警報信號。若列車在預設時間值內通過第二收發器(表示車速過高),信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-P型(數碼傳送制動曲線型)编辑

ATS-P為較新型的ATS裝置,此裝置引入「可前進距離」(Distance-to-go)的原理,車上裝置會自動在紅燈前計算一條制動曲線,讓列車在任何速度均可及時實行制動,並在紅燈前停下。

ATS-P由一組信號發射器組成,大約分佈於閉塞信號燈前的30、85、180、600米及入站信號燈前的25、50、85、180、280、600米軌道上。這些發射器與ATS-S型所使用的不同,它們可處理及傳送大量訊息。各發射器均可發出其位置與前方信號燈的距離值、與下個發射器的距離值、信號燈類別、信號示象、曲線或道岔退速等的信號電碼。

當前方信號燈為紅燈時,閉塞區間內所有發射器便會開始發射有關前方信號燈的距離值,此時如列車通過最遠的600米發射器,車上裝置便開始計算制動曲線。車上裝置會隨列車位置不斷更新制動指示速度,並即時檢查列車速度。當列車速度接近指示速度時,裝置會以警告燈號及聲音通知駕駛員施行更大制動;超速時裝置會自動施行常用最大制動將列車停止。而其餘的發射器就用來更正位置,或當信號示象轉變時通知車上裝置停止並取消計算制動曲線。

ATS-PN(無電源地上發射器方式ATS-P)地上裝置编辑

ATS-PN主要引入在較低列車班次密度的鐵路區間,為了降低地上設備費用,而不使用編碼器;對於列車上→地上發射器的傳遞信號機能也就省略了。初期無電源地上發射器只載有1個信號指令;不過,現在可以支援最多5個的信號指令。

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。


台灣鐵路管理局的ATW/ATS编辑

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)[1]所開發[2],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。[3]

JZA 750型ATW/ATS設備编辑

台鐵的JZA 750型ATW/ATS包含地面設備與車上裝置。

地面設備编辑

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。[4]

此種透過車上裝備傳送感應器所需能源[5],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 ...」。[6]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。[7]

  • 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)。[8]

  • 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。[9]

車上裝置编辑

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信號傳遞。[10]

  • 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。[11]

  • 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。

運作方式编辑

列車種別選定编辑

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)」。

感應器裝設位置编辑

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)。[12]

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。[13]

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编辑

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。[14]

自動警報(ATW)功能编辑

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。[15]

自動停車(ATS)功能编辑

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。[16]

使用狀況编辑

日本编辑

日本旅客鐵道(JR)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内房線八高線五日市線鶴見線上越線等。

其他國家编辑

  • 1878年法国成功研製第一套列车自动停车装置。
  • 1880年俄国铁路开始安装机械式列车自动停车装置。
  • 英国美国于1920年代,德国于1930年代,日本于1940年代,中国大陆于1950年代相继大量安装列车自动停车装置。
  • 1980年代,自动停车装置在很多国家已成为铁路行车系统中必不可少的保证行车安全的技术设备之一。
  • 台鐵(與AWS同型,目前已經停用。)

相關條目编辑

註釋编辑

  1. ^ 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。
  2. ^ 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。
  3. ^ 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。
  4. ^ 台灣鐵路管理局,號誌設備概要,94年10月12日,頁9-1~9-2。
  5. ^ 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]
  6. ^ 於1981年投入使用的瑞典的ATC-2/EBICAB 700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.
  7. ^ 台灣鐵路管理局,號誌設備概要,94年10月12日,頁9-2。
  8. ^ 台灣鐵路管理局,號誌設備概要,94年10月12日,頁9-1。
  9. ^ 台灣鐵路管理局,號誌設備概要,94年10月12日,頁9-1。
  10. ^ 台灣鐵路管理局,號誌設備概要,94年10月12日,頁9-1。
  11. ^ 台灣鐵路管理局,號誌設備概要,94年10月12日,頁9-1。
  12. ^ 台灣鐵路管理局,號誌設備概要,94年10月12日,頁9-3。
  13. ^ 台灣鐵路管理局,號誌設備概要,94年10月12日,頁9-3。
  14. ^ 台灣鐵路管理局,號誌設備概要,94年10月12日,頁9-2。
  15. ^ 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。
  16. ^ 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。

參考文獻编辑

外部連結编辑