2011年12月2日

監控列車行駛 確保安全距離—淺談先進列車自動保護系統

作者/黃柏文、張耘禎、吳軒宇、范道中(就讀台灣大學土木工程學系)、賴勇成(任職台灣大學軌道科技研究中心)

2011723日中國高鐵溫州追撞事故發生後,外界將事故可能的原因指向號誌或列車自動防護系統失靈,本文在此將針對列車自動保護系統(Automatic Train Protection,簡稱ATP系統)的產生源由進行簡述,而後介紹目前世界上主要先進ATP 系統,希望讀者可藉由本文,對軌道運輸安全有更深的一層認識與了解。

列車自動保護系統的作用

傳統上,鐵路系統多採鋼軌鋼輪營運,車輪與軌道間的摩擦力較小,所需煞車距離較長,為了確保任何意外發生時,不至於衝撞先行列車,因此就號誌控制而言,鐵路路線往往會切分成多個區段,這些區段被稱為閉塞區間,其長度需由列車煞車距離決定,以確保列車運行安全無虞。

世界當前最普遍的鐵路三色燈號誌原理是使用紅、黃、綠三種燈號告知續行列車,前方的閉塞區間是否有列車占用。其中綠燈表示「安全」,即前一閉塞區無列車占用; 黃燈表示「注意」,此時續行列車正逐漸逼近先行列車至僅剩不到兩個閉塞區間的距離,故列車須以較低速度運轉;紅燈則代表「險阻」,此時前一閉塞區有列車占用,因此列車僅可以最低運轉速度移動。
鐵路號誌系統雖然可指示後方列車前方閉塞區是否尚有列車占用,但卻無法防範續行列車因人為失誤誤闖, 而形成「冒進」。因此,為了防範列車冒進的可能,當今鐵路業者可選擇採用列車自動防護系統來確保列車運行的安全性,其原理是透過機械或電子系統等方式,使列車依照當前的速限資料運轉,並且在列車超速運轉時自動煞車以確保列車運行安全。

最早的列車自動保護系統是透過機械的方式,在特定定點檢核列車的速度,當前方顯示險阻時將軌道旁的腳拌器(trainstop)升起,切斷列車上方的氣壓閥使列車停下,此一系統在英國及歐洲地區稱之為列車自動警告系統(Automatic Warning System,簡稱AWS系統)。隨著電子科技的逐漸進步,先進式列車自動防護系統亦逐漸為電子訊號替代,而後更發展至無線技術,以通訊方式傳輸資料;號誌顯示的方式亦隨著營運速度的提升,逐漸自車外的實體號誌進步至駕駛座旁的車載顯示;甚至,傳統固定式的閉塞區間,亦隨著科技進步,發展出移動閉塞制度。

目前世界的主流列車先進防護系統, 主要可分為歐洲的ERTMS 系統、日本的列車防護系統及美國的US CBTC 系統三類,以下章節將會針對此三系統的發展、種類與原理進行介紹。【更詳細的內容,請參閱第504期科學月刊】

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