ATP

雖然，每條鐵路都設有信號系統去指揮列車適當地在軌道上行駛，但大家有沒有想過如果列車一旦沒有遵照信號指示的話，會有甚麼後果？有辦法去防止這些情況發生的嗎？

自動列車保障（Automatic Train Protection，簡稱「ATP」）系統主要是透過裝設在鐵路沿線的信號裝置，利用路軌上的信號收發設備，藉著電子信號去跟列車「溝通」，從而監控列車的行駛。

．設於鐵路沿線的信號設備（Trackside Equipment），例如信號天線、軌道電路、信號燈和相關的電腦設備；

．設於列車上的信號收發以及監控設備（Trainborn Equipment），包括信號收發天線、車速監察儀、控制電腦和相關顯示儀錶等；

透過列車與信號系統之間的互動聯繫，便能夠得知列車是否按著指示行駛了。而現代的 ATP 系統更能將沿途之信號指示透過駕駛室內的信號顯示器（Cab Signal）顯示出來，使司機不用倚靠信號燈也能知悉該路段能夠前進與否及其速度限制。而設在列車上的車載電腦（Trainborn Computer）亦會同時監察列車有否越過停車信號，以及有否超過信號系統所給予的速度限制，否則列車便會自動煞停，從而確保列車不會撞向前車。

而ATP系統通常都會根據一些預設的條件去計算列車的最高可行速度以及其停止位置，例如：

地鐵在自1979年通車到1998年間所使用的信號系統「Block Work」是一套典型的舊式 ATP 系統，其運作方式如下：

每當列車駛進一個區間時，它便會接收到一個由雙電碼組成的電信號，而這兩個電碼分別是該列車在下一個區間最高可行駛的速度（稱為「目標速度」／Target Speed）以及在這個區間的限速，例如列車所在區間限速 65km/h 而下一個區間限速 40km/h，這個電碼便是「65／40」，而駕駛室內的 Cab Signal 亦會同時顯示 40km/h。

當列車收到電信號後，車載電腦亦會即時查看列車現時的速度，確保列車沒有超速，否則便會自動將列車以緊急制動煞停。而兩車之間會相隔一個不准駛入的區間（即 0km/h），這個區間稱為「Overlap」，作用是萬一當列車越過停車信號時也有足夠的距離給列車煞停，避免其進入前面被前車佔據（Occupied）的區間，而列車一駛進 Overlap 區間時，車載電腦便會自行啟動緊急煞車。

由於車速限制已於駕駛室內顯示，因此行車線上的信號燈只會設置在需要進行聯鎖的地方（例如道岔和防洪閘）作為沒有信號限制時（這種情況請參閱下文）的基本保護之用（例如顯示前面的道岔是否己清理* 或者防洪閘的狀態），而燈色亦只需顯示紅／藍兩種燈號便已經足夠，而平時司機只需根據 Cab signal 的指示控制列車便可。

* 「己清理」的意思是該道岔上並沒有列車行駛並已經鎖定方向。


地鐵的信號燈	裝置在路軌旁用來表示每個區間起止的指示牌（Marker Board）

無車區間數目與車速關係表（即電碼之組合）
前面未被列車佔據的區間數目	速度限制	目標速度
1	0 km/h	0 km/h
2	40 km/h	0 km/h
3	65 km/h	40 km/h
4	80 km/h	65 km/h
5個或以上	80 km/h	80 km/h

為了提高列車運行的表現、可靠性和班次，很多作為集體運輸的市內鐵路系統會加設自動列車操作（Automatic Train Operation，簡稱「ATO」）系統，使列車能以電腦全自動行駛，通常司機只需在開車時按下按鈕，列車便會自動駛往下一站停下，由於車速控制不經人手，因此能令列車的行駛表現以及可靠性大大提高。

ATO 系統的運作原理是靠沿線的信號設備不斷將該車預定會駛過的路段的狀態（例如預定行車路線、行車時間表、由 ATP 發出的停止及車速指示等）告知車載電腦。之後車載電腦便能依靠這些資料，以及當時的列車行駛狀態（例如車軸轉數、牽引電流強度和列車速度等）去控制列車駛至預定的地點。

當司機看見駕駛台或月台上「Train Hold」指示燈（即指示列車能否開行的燈號）熄滅，便可以按動位於駕駛室門旁或駕駛台上的「Start」按鈕開動列車，之後 ATO 系統便會根據 ATP 系統的指示並且在其監察下自動控制列車前往下一站（由於車長無需駕駛列車，因此在地鐵中司機的職位名稱叫做「Train Operator」而不是「Train Driver」）。就算司機不按照指示操作（例如當顯示紅燈也照樣按下「Start」按鈕），ATP 系統也會懂得拒絕司機所發出的指令，令發生人為錯誤的機會減至最低。

除了自動駕駛外，司機亦可以選擇使用人手在 ATP 保護下操作列車（即 Coded Manual Mode，俗稱 CM）。正如上文所述，列車在下一個區間的限速會在 Cab Signal 中顯示出來，而路軌段落的編排可令司機有充份時間作出反應，使列車在未到達下一個區間前將車速減至許可速度之下。

而在車廠內或者遇上緊急情況時，列車可以不受信號限制在 15 km/h 之內行駛（即 Restricted Manual Mode，俗稱 RM）。當採用此方法行車時，駕駛室內的警報聲會響起而車頭擋風罩上的黃燈亦會同時閃亮著，以警告司機以及其他工作人員，列車是在不受任何系統保護下行駛的。

以上所介紹的系統，需要預留一個稱為「 Overlap」的空置區間，在高運量的鐵路系統中，這個區間無礙是浪費地方，為了增加列車班次和密度，從而提高鐵路的運載能力，所以近代的 ATP 系統便 Overlap 區間取消了，亦即是現在要為大家介紹的「Distance-to-go」運作模式。

「Distance-to-go」意即「前面有多少距離就前進多少」，亦即是將上述的停車位置向前「移動」一個區間。其運作原理是利用車載電腦去接收到由 Beacons（路軌上的無線電訊號收發器）和 Loops（沿軌條鋪設的線圈，透過電磁感應原理去不斷收發電信號使列車和信號系統間互相溝通）所發出的無線電信號，再將資料給予車載電腦以及沿線信號設備去進行分析，藉此去監控列車的行駛。

中央信號系統內己載有整條鐵路的「地圖」，而這個「地圖」會與前面區間的即時狀態（例如有沒有被列車佔據）等資料不斷透過 Loops 送上車載電腦；而當列車駛過 Beacon 之上時，車上的接收器便會把這個 Beacon 的資料（例如代號）送到車載電腦，再配合由 Loops 傳來的「地圖」資料，車載電腦便能得知現時列車的所在位置了。

此時，車載電腦亦會同時計算出列車應該在何時煞車和停下，從而得出一條煞車曲線（Braking curve，見右圖）。由於沒有了 Overlap 區間的關係，亦即是說不會預留一段距離讓誤闖紅燈列車去煞車。因此，車載電腦必需不斷地監察車速以及更新列車的位置，一發現列車超過煞車曲線所規定的速度行駛的話，便會立即煞車，以防止列車越過預定的停車位置，使其誤入前面有車的區間。

Distance-to-go 的煞車曲線圖

另外，沿線信號設備亦會將由 Beacon 和 Loops 所接收到的資料進行比對，當發現將會有危及行車安全的情況的話，便會立即指示車載電腦施行緊急煞車，以確保安全。而這些資料亦有助中央信號系統更加有效地安排其他列車的運行和調配，使鐵路運作安全的同時，亦能盡可能發揮最大的效率。

現時更有些系統更能夠利用 Loops 去接收列車的機件狀態資料，使中央信號系統能得悉車上的 ATP 系統是否正有效地運作，甚至當列車上其他設備發生故障時，即時通知車廠準備為該設備進行修理，以增加列車的修護效率。

現時東鐵和地鐵的 ATP 信號系統均使用 Distance-to-go 模式運作，而兩者的最大分別是東鐵的系統在每個沿線區間（Lineside Signalling Block）的起點均設有信號燈，以及限速的計算是根據前面未被列車佔據的區間位置而定。由於系統是靠固定的區間及信號燈位置去分隔兩車，因此這款系統被稱為「Fixed Block System」；

但地鐵只在需要進行聯鎖的區間設有信號燈，而列車限速是根據前車的實際位置而定，並不像東鐵那樣需要依賴固定的區間，因此這款系統被稱為「Moving Block System」。有關該兩款信號系統的詳情，請參閱「TBL」和「SACEM」兩章的介紹。


東鐵的 Beacon（左）和 Loops（右）