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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信号机前停下。它广为各类铁路使用，跟自动列车警报装置（AWS）雷同。
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在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。
ATS系统通常分为两种类型：与信号灯灯号相连动的用于防止碰撞的ATS，以及与信号灯独立的用于控制超速的ATS。此外，根据操作方式，ATS系统也可以分为以下两种类型：
- 在接近停车信号时发出警报，并且如果驾驶员没有按照警报器警铃声要求来采取必要的操作（通常是按下ATS确认钮），将会触发列车制动器而煞停（国铁B型和S型）[注 1]。
- 只有当驾驶员执行异常操作（无论是身体不适、错误操作或是故意操作等原因）时，才会介入并触发列车的制动装置（即制动器）；而在驾驶员遵循信号的正常操作时，不会对其进行干预。
ATS装置存在多种不同的结构，即使在同一条铁路线上，也可能同时由不同用途的装置进行功能分担。以下是对ATS装置结构和分类的概述。
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传送列车控制信息的方式有两种：连续控制和点控制。前者将控制信息连续地传送到列车上，后者则在如地面标记之类的一点处传输信号。这种区别与信号传输有关，不同于基于接收到的信号进行速度验证的方法。对于“点控制”，有两种速度验证方法：即时验证和连续验证。前者通过地面子系统立即验证所接收的信号，而后者将来自地面子系统的信号存储并连续验证。
自动列车停车系统由地面设备和车载设备组成，用于传递控制信号。地面设备是一种装置，可将信号指示和限速等信号从地面发送到列车。车载设备是安装在车上的设备，可接收地面设备发送的信号，并根据条件自动启动制动器。当列车速度超过一定值时，自动操作制动器的功能称为速度验证。
根据地面设备和车载设备之间的差异，自动列车停车系统可分为以下类型：
打子式
与信号灯配合，利用连接铁路轨道的动作子（Trip Arm）机械地操作列车制动器。（点控制）
地上子式
使用放置在轨道上的“地上子”以电子方式向列车传送信号。（点控制）
轨道回路式
使用流经铁轨的信号电流以电子方式向列车发送信息的方法。 （连续控制）
实际上，即使使用相同的控制方法，不同的企业也可能在地面子系统、信号频率或压缩电文（代码）以及地上子系统的安装位置等方面存在差异，因此细分下来还有更多区别。只有当地面和车上的信号频率等方式相匹配时，ATS才能成为一个系统有效工作。利用ATS的“从地面让列车制动器启动”机制，也衍生出了一些设备，如铁路隧道口保护装置、曲线速度限制装置和道岔速度限制装置。
轨道电路系统采用轨道电路发出停止信号。两侧的两根钢轨被当作传输线利用，从阻塞物末端发送到入口处的信号电流被车轴短路，因此信号电流不再到达阻塞物的入口处，而是到达安装在车轴前的接收器，同时接收器接收信号电流。 该系统通过在接收器上接收信号电流，将信号从地面传输到车辆上。接收器安装在车辆上车轴的前面。接收器也可用于 ATC（自动列车控制）本种类可以达成连续控制，且有助于追踪信号电流的变化。
ATS使用的轨道回路信号电流类型分为商用频率轨道回路、频分轨道回路和AF轨道回路。地面向车辆发送信号的方式如下：
- 在地面上，断开信号电流一定时间，车上的设备检测到信号中断，并通过信号中断的时间来判读信号内容（例如ATS-B、1号型ATS等）。
- 使用AF轨道回路发送对应于每个信号灯显示的特定频率的信号电流，并由车上设备接收它（例如西武ATS等）篠田胜. 西武鉄道式(SATS式)ATSについて. 电気车の科学 (电気车研究会). 1968, 21 (12): 46–52.。
- 使用AF轨道回路，与信号灯灯号显示同步发送一定频率的载波信号，并将其调制，再由车上设备接收它（例如阪急ATS、ATC等）。
- 使用AF轨道回路传输数字信号，并由车上设备接收之（例如C-ATS等）。
现时最基本的ATS为ATS-S型，此形式在每个信号灯前若干里程，均会设一个可变频的信号发射器。发射器一般会发出105/103kHz的信号，示意前方为可前进的信号。当前方信号灯为红灯（险阻）时，发射器就会自动发射 130kHz 的信号，列车通过时，信号会传送至“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动将列车停止。
除保障列车避免冒进红灯（险阻）信号外，ATS-S亦设有计时式速度检查装置。在道岔前若干里程，设有一组两个的地上信号收发器，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信号，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的警报信号。若列车在预设时间值内通过第二收发器（表示车速过高），信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。
在只有警报机能的S形上，在全JR线加入即时停止机能，另外JR东海及以西各社与JR货物也加入时间式速度照查机能。
即时停止机能的话，即时按下确认按钮解除警报，在通过显示停止的绝对信号机并设的即时停止地上子（冲灯或误出发）的瞬间，便会施行紧急制动。车上时间式速度照查机能则是透过比较二个地上子对的通过时间与车上计时器而检查速度，速度超过时便会施行紧急制动。
ATS-S改良形于JR各社的称呼及受信机各有差异。北海道旅客铁道（JR北海道）与东日本旅客铁道（JR东日本）称作SN，东海旅客铁道（JR东海）为ST，西日本旅客铁道（JR西日本）是SW (SW2) （车体标记为S），四国旅客铁道（JR四国）是SS（SS II[注 2]）（部分车体标记为SS），九州旅客铁道（JR九州）为SK （车体标记是SK），日本货物铁道（JR货物）称作SF。SN形只设即时停止机能，SN以外系统则设有即时停止机能及追加车上时间式速度照查机能（车上子在0.5秒[注 3]以内通过2个地上子间便会施行紧急制动）[注 4]。而ST形亦设列车番号送出机能[注 5]。另外为了简化车上装置的设计，SW形比ST形省去了列车番号送出机能，SK形与SS形也是一样。SF形当初为SN型机能，但其后加入车上时速照查设备以对应ST。此外，远方地上子与即时停止地上子发出的信号为130 kHz与123 kHz且两者通用、车上子持续发出的信号除SN型为105 kHz其余为103 kHz。 车体标示方面，JR北海道为SN（S和N是大文字，被四角形包围），JR东日本为SN，JR东海为ST（东海管内如不切换到ATS-P则只有绝对停止功能），JR西日本为S，JR四国为SS或S，JR九州为SK，JR货物为SF。
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绝对信号机旁边的ATS-SN形即时停止地上子 -
ATS-ST形地上子 -
绝对信号机旁边的ATS-ST形即时停止地上子 -
ATS-SW形地上子
| ATS-S | ATS-Sx | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Sn | St | SW/SS/SK/SF（新） | |||
| 车上子（传输频率） | 恒定传输频率 | 105 | 103 | ||
| 列车番号送出 | - | - | 360 | - | |
| 地上子（谐振频率） | 停止信号 | 130 | 129.3 | ||
| 即时停止 | - | 123 | |||
| 车上时间式速度照查 | - | - | 108.5 | ||
| 通行信号 | 103 | ||||
ATS-P是一种自动列车停车装置。它基于停车限界点等基准点，通过车上计算根据列车位置、减速性能和坡度来计算实时的行车限界速度，然后通过速度照查最终实现列车的减速和停车。由于该车上计算方式表现优异，因此在后续的数字式ATC（D-ATC）等保安装置中得到了广泛应用。ATS-P的开发旨在解决ATS-S缺点之一：按下确认按钮后无法继续控制停止的问题。
地上装置通过地上子以数字信号的形式传输停车信号、速度限制位置、距离、坡度等信息到列车上，列车通过这些数据基于自身的制动性能和行驶距离实时制作出一系列上限速度即模式（表示自制动开始到停止/减速期间速度变化的曲线），并使用这些上限速度值来进行实时速度照查[1]。运行常时的模式最高速度设置为车辆的最高运行速度+10公里/小时，即使在没有生成红灯停车模式曲线的情况下，车辆最高速度照查也会持续进行[1]。
地上装置在JR东日本、相模铁道（相铁）中通常被称为I型，在JR西日本中也被称为1型。西日本的装置不仅能接收ATS-P形信号，还能进行停通判断，并且能通过收到地面设备传来的信息对种类进行分类以进行踏切和信号机的定时控制和显示[注 6]。地上装置已经改为了双向信息传输的应答器。
在本文中，为了方便起见，我们将I型称为JR东日本和相模铁道（相铁）方式，将1型称为JR西日本方式。
对于基准位置上的停车信号，列车计算出刻秒实时的制限速度值（模式），并与之进行比较，以便能逐渐减速，并能在安全范围之内工作而不至于冒进信号机。这种方式几乎不需要安全冗余，是一种非常优秀的方式。ATS-P可以设置停止信号的限制和四种速度限制，列车在这些限制中选择最低值进行速度照查。ATS-P与ATS-S和ATS-B不同，不需要在警铃声后进行确认操作。不同于ATS-S的点照查方式，这种速度照查方法几乎不需要任何额外的安全保护。只要列车的制动性能正常，就可以避免发生停止信号冒进事故。因此ATS-P是一种非常安全的方式，可以缩小行车间隔。
地面系统由编码处理器（EC）、中继器（RP）和ATS-P型供电地上子组成。编码处理器和中继器由带有两个电源和信息电路的复合电缆连接，中继器和地面装置由连接电缆连接。编码处理器根据信号机的呈文从内置的电报ROM中提取控制电报并通过电缆发送，中继器积累由电缆发送的与它接收的地上子的控制电报相匹配的控制电报，之后通过地上子将控制电报发送至车辆。
控制系统的实现方式是，在距离信号机600米的地方（也称为外方）设置了模式发生的地上子。当信号机现示停止时，列车以前方信号机的注意信号限速接近该地面设备。地面设备会向车上发送一些信息[注 7]，车上接收到这些信息后，会生成并储存从该车辆到达该信号机的模式曲线图。之后，如果列车以该图中的限速以下的速度减速并停止，则无事发生。如果列车速度接近限速[注 8]，警报器将发出警报声[注 9]，并且ATS-P车载显示器将在驾驶室中显示“模式接近“警报（=パターン接近）。如果列车的速度超过了限速，则直通制动系统车辆将使用常用最大制动将列车停止（常用制动的解除时间较短，因此响应速度较快，而有些车辆在使用紧急制动之后可能不能立即恢复），自动制动系统车辆将使用紧急制动进行停车。此后进行ATS复归，制动系统将解除制动。此外，如果信号机现示从停止R变化到注意Y或进行G，或进行其他类型的信号升级，为了传递更新信息，在信号机和模式发生设备之间会设置更新用地面设备[注 10]，用于向车上发送更新信息。区间闭塞·出站信号机中有3个[注 11]，，场内信号机中有6个[注 12]。当出现曲线或道岔速度限制时，系统会从模式发生地面设备发送信息[注 13]，车上将创建并存储以限速曲线或道岔为起点和限速区间为终点的模式速度照查曲线，并通过该模式减速并在限速区间内实施速度照查。
ATS-P具有优越性的原因是，采用了车上计算的模式匹配方式，因此不会发生冒进，在每列车的制动性能方面可以因车而异生成最佳的检查模式，从而实现安全且高密度的运营，可以增加运输能力。这不是由于使用了利用地上子的数字方式，而是将模式曲线匹配引入到ATS-Sx上。尽管ATS-Ps不是数字方式，但它也以同样的方式具有优越性。然而在不能保证假定制动性能的环境下，例如降雪天气，由于不存在安全冗余，可能无法及时停止或减速到适当的位置，存在安全隐患。实际上，JR西日本的“遥号”特快列车曾在琵琶湖线上发生280米的冒进事故，当时正值下雪天气。
这种ATS-P地面装置是针对列车密度相对较低的线路区段引入的，省略了车载到地面的信息传递功能。它根据信号机的显示条件，通过无电源地上子的电文切换继电器切换，从内置的电文ROM中选择相应的控制电文发送到车载设备，并且发送所需的特定频率由车上子设备提供。[注 14]
最初，无电源地上子最多支持3种信号现示对应，但现在已扩展到最多支持5种（单线区间的方向），具有多个"电文"=代码。并且与Sx地面子一样，只需通过信号现示即可进行控制，因此可以非常廉价地安装。从2001年初到2010年，它们已在首都圈周边约600公里的线路区段中引入，这些区段不需要现示提升功能。
该装置被省略的机能有：编码器（EC）间通信，车上列车代号接收、光电传输、铁路道口栅栏放下定时等。需要注意的是，车载设备是通用的。
替换JR东海及名古屋临海高速铁道的ATS-ST，2010年度起引入。2012年2月全部在来线更新完成[2]。
基本的构造与JR他社导入的ATS-P同样，但车上装置不会使用常用制动。 开启驾驶台会先起动ATS-ST，经过ATS-P地上子时会切换成ATS-PT，与他社的ATS-P一样。
车辆标记为PT。
JR货物所属的机车上装置中有一部分装配了ATS-PF型车载装置，简称为PF。ATS-P型的装置不能适应货物列车的速度限制，并且货物列车的车辆通常只能进行单方向的制动操作，其制动能力较强。由于货物列车与客车的减速特性不同，因此无法共用车载装置。因此，开发了专门用于货物列车的ATS-P车载装置。
根据货物列车牵引的货物类型，其最高速度有所限制，因此通过车载装置的"列车设定开关"来设置最高速度[3]。最高限速可以选择45、55、65、75、85、95、100、110 km/h，还可以选择25 km/h作为调车时的最高速度。在超过限速模式时，只能发出紧急制动指令[3]。驾驶台上配备了驾驶台显示器，通过条形图显示当前列车速度和正在发生的限速模式曲线的照查速度，还设置有大型扬声器[注 15]，用于在电源投入、限速模式曲线产生或解除、接近限速模式曲线或恢复时发出提示音或女声播报。同时，如果机车作为重连运行的辅助机车或后推辅助机车时，还装备了停用ATS功能的功能[注 16][3]。此外，JR东日本和JR东海管内使用连续式ATS-P，JR西日本管内采用驻点P方式，考虑到驾驶操作和规格上的一些差异，ATS-PF装置还配备了“东模式”[注 17]和“西模式”[注 18]，并具有使用切换地上子（在醒井～米原站的公司界标志处有"ATS西⇔东"的标志）进行自动切换的功能[3]。EF210形（包括セノハチ补机）・EH200形・EF510形・EH500形・EH800形（量产型）、DD200型新制造时就搭载了PF装置。调车机车未搭载PF，且最高速度较低，因此需要由主线用机车牵引，来回穿梭于常驻车站和车辆基地之间。
车辆标记为PF。
JR货物正在开发ATS-PF和Ps综合型车载装置。[4]
在保留ATS-Sx和ATS-Ps地面子的情况下，JR西日本和东日本采用了在绝对信号机附近、部分道口和道岔处设置ATS-P地面据点装置的方法。
绝对信号机（场内和出发信号机）、靠近站台的道口（用于防止停车列车超过道口的保护）以及道岔附近都会安装ATS-P地面子，但基本上不会在闭塞信号机处安装。
在采用这种方式的区段中，所有信号机都安装了ATS-SW地上子，因此只搭载ATS-Sx（Ps・D-TAS）的列车也可以进入据点P区段（ATS-SW正常运行）。另外，安装了ATS-P（PT・PF）的列车可以同时启动ATS-Sx和ATS-P进行驾驶（操作被称为"ATS-S"，但通过将ATS-P的P电源投入工作状态以实现同时运行。可以通过驾驶台的显示器确认ATS-P是否正常工作。[注 19]）。
在采用这种方式的区段中，未安装ATS-P地面子的闭塞信号机将与ATS-SW具有相同的功能，但在车辆密集的车站周围，由于ATS-P本身的位置基准速度照查方式（模式曲线方式），可以缩短列车间隔，从而以比全线P更低的成本增加整个线路的线路容量。
对于闭塞信号机区段内的曲线，ATS-SW的车载实时速度照查功能可以实现，但在闭塞区段较短的线路上也会安装ATS-P速度照查地上子。
需要注意的是，ATS-P2 (P3)是JR西日本设计的车载装置型号，不表示据点P。
2015年起，JR东日本开始在上越线水上站以北的部分车站内和第1闭塞前仅设置据点P运用。与JR西日本不同，JR东日本采用了P/S自动切换而非P/S并用的方式进行应对。根据JR东日本的计划，他们打算在未来的日本海纵贯线从新潟站到青森站的未设置Ps的区间设置据点P装置。[5]
常滑线和空港线的ATS-P系统是专门为名铁特急2000系列车设计的，仅在部分曲线（限速较高）和中部国际机场站采用了据点P方式进行设置（普通列车和普通区间使用M式ATS）。
Ps形是SN形・Sx形（ST・SW・SF形等）在增加了新的地上子的变频率[注 21]并将其位置规则存储在车上，增加了可生成速度照查模式曲线的功能，使其具有接近P形的功能的保安装置。Ps型是Sx型的上位互换，可相互兼容。根据结构和功能，可以理解为它是增加了车上演算速度检查功能（模式曲线检查）的Sx型。
因此，除了停止信号，还可以执行基于模式曲线的速度照查，如曲线、道岔和坡度的限速。但是，如果列车速度超过模式曲线速度（=“ブレーキ动作”），[注 22]将启动紧急制动停止列车。停车后需要手动释放制动。此外，Sx型的速度照查功能也可以直接使用。共有3个地上子。如果信号机现示红灯，则在距离信号机前655米的第1模式地上子处生成的速度检查模式曲线（机车为55 km/h），然后在前390米处的2个地上子处使用一对地上子产生65 km/h的速度检查模式曲线。在较短的闭塞区域中，如果Ps型地上子在场内信号机的外部设置，且在场内信号机与出发信号机之间的距离较短，则在前3个地上子的前2米处设置称为标记地上子[注 23]的识别用地上子，当出发信号机显示停止信号时，这些地上子将在车辆上方产生与前者相同的模式曲线，称为“Pb模式”。这两种方式都可以在接近信号机的速度小于15 km/h时，由位于信号机前20米的直下地上子自动执行紧急制动。此外，如果车上已经产生了速度检查模式，并且信号机现示绿灯，则3个地上子的变频率将变为103千赫，当车上接收到这个变频率时，速度检查模式曲线将被删除[注 24]。
限速的速度照查则有曲线、道岔、坡度和临时限速四种速度照查模式。在曲线、坡度和临时速度限制的情况下，在速度限制段的起点前555米处设置2个标记地上子，根据速度限制调整地上子之间的距离；然后在速度限制段的终点处以2米的间隔再次设置标记地上子。在车辆上，将生成速度检查模式曲线，通过速度限制区间的终点，模式曲线即删除。道岔限速则从道岔限制区间的起点开始，在前555米处根据限制速度改变地上子之间的距离来设置2个标记地上子，经过最大长度为50米的道岔速度限制区间后，自动删除模式曲线。
由于Ps形具有与SN形・Sx形的互换性，并且无需像P形那样特殊的电源设备和车载装置，因此已成为一种可以廉价且容易引入的新型ATS。
车辆标记为Ps。
仙台地区已开始安装，新泻地区的安装也在进行中。运用范围如下：
在时刻表下的黑色机器为ATS-DK表示机
ATS-Dx是由铁道总研开发的一种新型车载速度检查式ATS-X，它在确保与ATS-Sx的功能互换性的同时，在车辆上生成速度检查模式。为了实现与线路条件相适应的速度限制功能，并实现低成本化和省略地面设备，ATS-Dx引入了车载数据库（车载DB）。它是在具备ATS-Sx的兼容性和车载速度检查功能的基础上，利用车载数据库进行生成线路条件相关的速度检查模式和速度限制功能。
ATS-Dx系统使用ATS-Sx车载子装置[注 25]，地面装置除了使用与传统ATS-Sx相同的变频频率[注 26]外，还使用能够同时发送数字信号的D型地上子。作为种类，有以下四种地上子：有电源地上子，用于将距离以及信号灯之间的距离等信息以数字信号发送；无电源电缆地面子，用于发送固定的数字信号；根据信号机显示发送相应的的速度检查模式曲线删除的地上子；用于安装辅助功能和附加功能所需的控制地上子。
从以上规格来看，ATS-Dx系统在地面和车载系统中继承了ATS-Sx的操作，并添加了更新的设备和功能。它不是完全替代ATS-Sx系统或在运行中切换系统的独立系统，这一点与ATS-P不同。此外，如果与ATS-Dx地面子的通信未能正常完成，或者ATS-Dx系统的车载设备发生故障，系统将自动切换到由ATS-Sx控制。也就是说，本系统实际上作为备份系统运行（详见下文）。
为了在ATS-Dx中保持线形等信息正确，车载设备需要始终保持列车的绝对位置正确。这与其他模式检查式ATS（如ATS-P）类似，通过速度发电机进行距离累积测量，并使用安装的绝对位置确认地上子进行列车位置校正（详见下文）。
车载数据库（车上DB）由两个数据库组成，用于简化维护，包括车辆性能数据库和线路数据库。车辆性能数据库根据车辆的型号、最高速度、减速性能和车辆类型（如摆式车辆、主车、机车等）提供速度校正信息，包括曲线等。此外，它还包括测量车辆当前位置所需的速度发电机参数以及车辆侧车载子的安装位置。线路数据库作为"绝对位置数据"，范围横跨相应线路段的整个区域，包含各线路段的里程信息、精确的区段长度、线路段ID以及版本信息作为数据更新信息。对于每个线路段，具体的线路数据按站（信号所）进行整理和保存，其中包括线路段的绝对位置信息、上下行区分、信号机位置、地面子位置、速度限制信息（线路段最高速度、坡度、曲线、道岔）等。此外，还保存了每个车站内各股道和停车目标位置的信息。
车上DB通过数据输入构建完成后，会使用模拟装置进行模式曲线生成的验证试验。通过试验的数据库才能被注册到管理装置中。在运营时，从管理装置将数据复制到存储卡中，驾驶员将该存储卡插入到ATS-Dx的车载装置中，以进行车上DB的设置。
在实际行驶中，由速度发电机一直计算列车的绝对位置；但随着行驶的进行，实际位置会产生累积的误差。因此，每次经过地上子时，根据车上DB中相应的位置矫正地面子的绝对位置信息进行位置校正。此外，如果适用路线上的地面设备发生变化，则需要更新适用的车上DB以及路线DB的版本信息，这些信息也被保存在管理装置中。部分地面子会发送适用的DB版本信息，如果车上DB中DB版本信息与之不符（数据过时），将触发紧急制动措施。
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）[10]所开发[11]，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（行车信息点）接收地面感应器（Beacons）的行车信息，并仅于行车信息点上检核列车是否超速或冒进险阻信号，并无法如同ATP一般根据列车性能及行驶里程持续监控列车车速至下一个信息点更新信息。[12]。
台铁的JZA 750型ATW/ATS包含地面设备与车上装置。
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）
每个列车信息点包含一组感应器（Beacons）设置于轨道中央，由A、B两个感应器组成，分别传送固定信息（A感应器）及变动的信号讯息（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“信号信息”，因此必须透过电缆与信号相连结更新信号信息。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，仅传输固定信息，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。[13]
此种透过车上装备传送感应器所需能源[14]，以及在行车信息点上装设“固定信息”与“变动信息”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信息点上装设1个感应器，透过每个行车信息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比特的电码，包含4个讯息比特及4个侦错比特。讯息与讯息之间再以8比特的同步码区隔，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 ...”。[15]A感应器仅传送4.5 MHz的固定信息（信号内容为 1111 1111），而B感应器传输的信号包含“停车”、“警报”、“通过”等信息。[16]
- DC/DC换流器
DC/DC换流器是作为信号设备与感应器的隔离界面，其作用为电压匹配及电源隔离（防止接地）。[17]
- 复示继电器
如果地面感应器控制电缆长度超过75米时，必须加装复示继电器中继，以防控制信号受到交流电气化的产生的谐波干扰。[17]
车上装置包含天线、传送单元、逻辑单元、记录单元、转速传感器、紧急刹车阀及控制盘等设备。
- 车地信号传输部分
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“同步脉冲”，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信号传递。[17]
- 列车速度监控部分
转速传感器提供列车的“实际速度”。而逻辑单元分析传输单元接收的信息进行分析、校对后，藉以根据实际情况控制“紧急刹车阀”、“记录单元”及“控制盘”上的警铃、表示灯等设备。[17]
- 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。
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）”。
ATW感应器装设位置：于“显示60km/h以下信号灯”之情形，为常用刹车里程，即里程险阻信号约为1500米。于“显示中速（Y/Y）信号灯”之情形，里程险阻信号约为800米（或1000米）。[18]
ATS感应器装置位置：于“进站信号”或“防护信号”之情形，则为信号灯前300米（或150米）处，预留列车冒进险阻信号时启动紧急刹车后列车滑走里程，降低列车冒进造成冲突的风险。至于在“出站信号”或“闭塞信号”之情形，则里程信号灯15米处，盖此时追尾风险较低。[18]
依实际装设现场情况，ATW与ATS可以共用感应器。例如“主线出站信号”（ATW供不停站通过列车使用）及“中途闭塞信号灯”为ATW/ATS并设。
因此在前方有险阻信号时，列车会在里程约1500米处（如为中速信号灯则为800或1000米处）收到ATW信号，对司机员进行警报并依选择的车种类别进行车速监控。如列车未于险阻信号前300或150米（出站或闭塞信号则为15米）停下列车，则列车将会收到ATS信号并启动紧急刹车。
地面设备中的感应器（Beacons）透过控制电缆与相对应的信号连接，藉以控制感应器传输的电文内容为“停车”、“警报”或“通过”等信息。于列车行经行车信息点时，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“同步脉冲”，对于感应器受流并启动感应器。感应器再将其所对应的信号的信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。[16]
列车在收到ATW信息时，表示盘会亮起红灯并响起蜂鸣器警报司机员，司机员必须在4秒内按下“确认按钮”，否则将启动紧急刹车。司机员必须在规定时间内减速至规定限速（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。[19]
列车在收到“停车”电文，车上设备随即会启动自动刹车，于车速低于15km/h以下时，司机员可以按下“解除按钮”解除自动刹车继续前进。
如果因为运行需求必须通过险阻信号，司机员可以在通过险阻信号以前将车速降至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），则会启动紧急刹车。[20]
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