列车自动停车系统

列车自动停车系统(英语:Automatic Train Stop,缩写:ATS),为日本铁路事业中,最基本及最常见的行车保安装置,并一般定义为「强制把行驶中的列车停止的装置」,以保障列车可于点亮红灯的铁路号志机前停下。它广为各类铁路使用,跟自动列车警报装置(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,名称不同,原理类似。

运作原理

自动列车停止装置的原理,是当列车经过讯号发射器时,超过讯号所容许的速度,甚至冒进停止讯号的情形,此时ATS会启动列车上的紧急制轫,将列车停下来,避免发生事故。

日本铁路公司所用的ATS

ATS-S型(地上发射器型)

现时最基本的ATS为ATS-S型,此形式在每个讯号灯前若干距离,均会设一个可变频的讯号发射器。发射器一般会发出105/103kHz的讯号,示意前方为可前进的讯号。当前方讯号灯为红灯(险阻)时,发射器就会自动发射 130kHz 的讯号,列车通过时,讯号会传送至「车内警报装置」,并触动警报器通知驾驶员确认,若驾驶员未能在五秒内确认,装置会自动施行紧急制轫将列车停止。

除保障列车避免冒进红灯(险阻)讯号外,ATS-S亦设有计时式速度检查装置。在道岔前若干距离,设有一组两个的地上讯号收发器,当列车通过第一个地上收发器时,地上收发器会接收到车上收发器不断发出的105kHz讯号,并启动计时器。第二个地上收发器会在预设时间值内,发出130kHz的警报讯号。若列车在预设时间值内通过第二收发器(表示车速过高),讯号亦会触动车内警报装置。

ATS-S型的问题是:如果列车司机确认后但无视警报,列车不会获得进一步保障(自动停车),危险性可能存在。

ATS-P型(数位传送制轫曲线型)

ATS-P为较新型的ATS装置,此装置引入「可前进距离」(Distance-to-go)的原理,车上装置会自动在红灯前计算一条制轫曲线,让列车在任何速度均可及时实行制轫,并在红灯前停下。

ATS-P由一组讯号发射器组成,大约分布于闭塞讯号灯前的30、85、180、600公尺及进站讯号灯前的25、50、85、180、280、600公尺轨道上。这些发射器与ATS-S型所使用的不同,它们可处理及传送大量讯息。各发射器均可发出其位置与前方讯号灯的距离值、与下个发射器的距离值、讯号灯类别、讯号示象、曲线或道岔退速等的讯号电码。

当前方讯号灯为红灯时,闭塞区间内所有发射器便会开始发射有关前方讯号灯的距离值,此时如列车通过最远的600公尺发射器,车上装置便开始计算制轫曲线。车上装置会随列车位置不断更新制轫指示速度,并即时检查列车速度。当列车速度接近指示速度时,装置会以警告灯号及声音通知驾驶员施行更大制轫;超速时装置会自动施行常用最大制轫将列车停止。而其余的发射器就用来更正位置,或当讯号示象转变时通知车上装置停止并取消计算制轫曲线。

ATS-PN(无电源地上发射器方式ATS-P)地上装置

ATS-PN主要引入在较低列车班次密度的铁路区间,为了降低地上设备费用,而不使用编码器;对于列车上→地上发射器的传递讯号机能也就省略了。初期无电源地上发射器只载有1个讯号指令;不过,现在可以支援最多5个的讯号指令。

该装置被省略的机能有:编码器(EC)间通讯,车上列车代号接收、光电传输、平交道栅栏放下定时等。


台湾铁路管理局的ATW/ATS

台湾铁路管理局(下简称台铁)过去装设的ATW/ATS(Automatic Train Warning & Automatic TrainStop)是由瑞典Ericsson公司(即后来的Bombardier Transportation)[1]所开发[2],台湾铁路管理局于1978年开始分阶段及区段于所属线路装设ATW/ATS系统,并于2007年ATP系统完成安装后停用拆除。

台铁ATW/ATS系统属于「定点式」列车防护系统,系统仅于列车行驶至特定地点时(行车资讯点)接收地面感应器(Beacons)的行车资讯,并仅于行车资讯点上检核列车是否超速或冒进险阻号志,并无法如同ATP一般根据列车性能及行驶距离持续监控列车车速至下一个资讯点更新资讯。[3]

JZA 750型ATW/ATS设备

台铁的JZA 750型ATW/ATS包含地面设备与车上装置。

地面设备

地面设备包含地上感应器(Beacons,每组包含A、B两个感应器)、DC/DC换流器、复示继电器等设施。

  • 感应器(Beacons)

每个列车资讯点包含一组感应器(Beacons)设置于轨道中央,由A、B两个感应器组成,分别传送固定资讯(A感应器)及变动的号志讯息(B感应器)。列车车上装置可以透过感应A、B两个感应器的先后,判断列车行车方向,并仅于感应顺序为A→B时,B感测器的讯息才会被车上的逻辑单元装置所接受。其中,B感应器负责传送「号志资讯」,因此必须透过电缆与号志相连结更新号志资讯。A感测器的功用则在于与B感测器配套,便于判定列车行车方向,仅传输固定资讯,故不需外部连接。至于感测器运作所需的电力,则是透过车上设备的感测器天线传向地上感应器供应。[4]

此种透过车上装备传送感应器所需能源[5],以及在行车资讯点上装设「固定资讯」与「变动资讯」感应器判定列车行车方向的模式,亦为台铁后来引进的ATP系统(基于ETCS L1标准设置)使用的欧洲感应器(Euro Balise)所援用(但Euro Balise也可以只在每个行车资讯点上装设1个感应器,透过每个行车资讯点感应器的序号连贯,判定行车方向)。

感应器传输的讯息为8位元的电码,包含4个讯息位元及4个侦错位元。讯息与讯息之间再以8位元的同步码区隔,以便区隔讯息开始与结束。讯息结构为「讯息-同步1-讯息-同步2 ...」。[6]A感应器仅传送4.5 MHz的固定资讯(讯号内容为 1111 1111),而B感应器传输的讯号包含「停车」、「警告」、「通过」等资讯。[7]

  • DC/DC换流器

DC/DC换流器是作为号志设备与感应器的隔离介面,其作用为电压匹配及电源隔离(防止接地)。[8]

  • 复示继电器

如果地面感应器控制电缆长度超过75公尺时,必须加装复示继电器中继,以防控制讯号受到交流电气化的产生的谐波干扰。[9]

车上装置

车上装置包含天线、传送单元、逻辑单元、记录单元、转速计、紧急煞车阀及控制盘等设备。

  • 车地讯号传输部分

当列车通过感应器时,传送单元经由天线向地面感应器(Beacons)传送「能源」及「同步脉波」,启动该组感应器。感应器再向列车回应1组「串列讯息」。列车与地面间透过电磁感应的方式进行讯号传递。[10]

  • 列车速度监控部分

转速计提供列车的「实际速度」。而逻辑单元分析传输单元接收的资讯进行分析、校对后,借以根据实际情况控制「紧急煞车阀」、「记录单元」及「控制盘」上的警铃、表示灯等设备。[11]

  • ATS控制盘

ATS控制盘上设置有警示灯号(包含「95黄灯」、「55黄灯」、「红灯」及「绿灯」)、列车别开关、指挥按钮、释放(解除)按钮、蜂鸣器及确认按钮。

运作方式

列车种别选定

ATW/ATS的车上设备可以选择列车种别。司机员在启动ATW/ATS系统时,可以透过「列车别开关」选择「Off(关闭)」、「Freight(货车)」或「Express(客车)」。

感应器装设位置

ATW感应器装设位置:于「显示60km/h以下号志机」之情形,为常用煞车距离,即距离险阻号志约为1500公尺。于「显示中速(Y/Y)号志机」之情形,距离险阻号志约为800公尺(或1000公尺)。[12]

ATS感应器装置位置:于「进站号志」或「防护号志」之情形,则为号志机前300公尺(或150公尺)处,预留列车冒进险阻号志时启动紧急煞车后列车滑走距离,降低列车冒进造成冲突的风险。至于在「出站号志」或「闭塞号志」之情形,则距离号志机15公尺处,盖此时追撞风险较低。[13]

依实际装设现场情况,ATW与ATS可以共用感应器。例如「主线出站号志」(ATW供不停站通过列车使用)及「中途闭塞号志机」为ATW/ATS并设。

因此在前方有险阻号志时,列车会在距离约1500公尺处(如为中速号志机则为800或1000公尺处)收到ATW讯号,对司机员进行警告并依选择的车种类别进行车速监控。如列车未于险阻号志前300或150公尺(出站或闭塞号志则为15公尺)停下列车,则列车将会收到ATS讯号并启动紧急煞车。

地面感应器向列车传输讯号

地面设备中的感应器(Beacons)透过控制电缆与相对应的号志连接,借以控制感应器传输的电文内容为「停车」、「警告」或「通过」等资讯。于列车行经行车资讯点时,会透过车上设备中的天线与传输设备向感应器发送「能源」及「同步脉波」,对于感应器供电并启动感应器。感应器再将其所对应的号志的讯号以电文向车上装设备发送。车上设备可以透过感测A、B感应器的先后顺序,判断经过的感应器是否与其列车行驶方向相符,仅于感测顺序为A、B时,车上逻辑设备才会分析B感测器传输的电文,并依照情况作出反应。[14]

自动警报(ATW)功能

列车在收到ATW资讯时,表示盘会亮起红灯并响起蜂鸣器警告司机员,司机员必须在4秒内按下「确认按钮」,否则将启动紧急煞车。司机员必须在规定时间内减速至规定速限(客运列车应在20秒内减速至95km/h,货运列车应在35秒内减速至55km/h)。在查核车速前10秒,会以红色闪光通知司机员注意。[15]

自动停车(ATS)功能

列车在收到「停车」电文,车上设备随即会启动自动煞车,于车速低于15km/h以下时,司机员可以按下「解除按钮」解除自动煞车继续前进。

如果因为运转需求必须通过险阻号志,司机员可以在通过险阻号志以前将车速降至15km/h以下,并按下「指挥按钮」后,在20秒内以15km/h的速度通过感应器。于按下「指挥按钮」时蜂鸣器会发出警报,同时计数器会记录一次。指挥按钮在按下20秒后会复原,因此如果超过20秒才通过感应器(此时感应器仍传输「停车」电文),则会启动紧急煞车。[16]

使用状况

日本

日本旅客铁道(JR)集团属下的铁路路线,包括川越线武藏野线中央线成田线外房线内房线八高线五日市线鹤见线上越线等。

其他国家

  • 1878年法国成功研制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。
  • 台铁(与AWS同型,目前已经停用。)

相关条目

注释

  1. ^ Ericsson Signalling公司沿革,参见:交通部铁路改建工程局 列车自动防护系统(ATP)训练及检测,页3。
  2. ^ Ericsson公司则将台铁的ATW/ATS系统视为瑞典ATC-2/EBICAB 700(JZG 700)系统外销用的早期变体。参见:Anders Sjoberg, Automatic Train Control, L. M. Ericsson Review 1981, P. 29.不过,台铁的ATS/ATW系统较瑞典的ATC-2简化许多,并不包含车载速度号志及计算减速曲线等功能。
  3. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-1;钟志成,列车安全防护系统的原理与演进,台铁季刊369期,页12。
  4. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-1~9-2。
  5. ^ 交通部台湾铁路管理局 赴瑞典原厂接受自动列车防护系统教育训练,页32-33]
  6. ^ 于1981年投入使用的瑞典的ATC-2/EBICAB700/JZG700使用的Beacons也是采取类似模式,但讯息结构改为「同步1-讯息1-讯息2-讯息3-同步2-...」的模式,电文全长32位元,讯息位元合计12位元(3x4)。参见:Anders Sjoberg, Automatic Train Control, L. M. Ericsson Review 1981, P.26.
  7. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-2。
  8. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-1。
  9. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-1。
  10. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-1。
  11. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-1。
  12. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-3。
  13. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-3。
  14. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-2。
  15. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-3;钟志成,列车安全防护系统的原理与演进,台铁季刊369期,页17。
  16. ^ 台湾铁路管理局,号志设备概要,94年10月12日,页9-2;钟志成,列车安全防护系统的原理与演进,台铁季刊369期,页17。

参考文献

外部连结

#