联锁

德斯普蘭斯的 Deval 聯鎖塔和軌道]]
在鐵路號誌系統中，聯鎖（）是一套通過技術手段將訊號機、道岔及列車進路三者相互制約、聯動的機制，旨在防止因操作順序錯誤而建立相互衝突的列車進路。聯鎖系統的設計思想在於「故障導向安全」，系統主要負責管理列車通過複雜軌道配置（如道岔區）時的進路安全，確保道岔位置與訊號顯示之間具備嚴格的邏輯控制。當列車通過道岔區域時，系統必須強制執行預定的操作時序，即先完成道岔轉向並鎖定於正確位置，相應的訊號機方能轉換為開放狀態。若道岔未鎖定或軌道被佔用，訊號機將保持險阻顯示。這種機制在、橫渡線或車站站場等軌道配置複雜的地方尤為關鍵，能有效防範列車衝突或誤入危險區間的事故。在鐵路系統中，聯鎖裝置與相關軌道設備及控制技術的集合體常被稱為「車站聯鎖」，在北美則常被稱爲「聯鎖區」（interlocking plant）。

聯鎖技術的誕生可追溯至19世紀中葉的英國。最早期的聯鎖系統為機械聯鎖，利用純機械結構來限制訊號機控制槓桿的移動順序。到了20世紀中期，隨著電氣技術的成熟，繼電聯鎖（亦常稱電氣集中聯鎖）成為全球鐵路的主流，利用由大量繼電器組成的邏輯電路取代了笨重的機械結構。至20世紀末，鐵路訊號系統進入電腦聯鎖時代，將以往複雜的繼電器邏輯轉化為電腦軟件代碼運算，不僅大幅提升了安全水平，亦得以透過將高度自動化的進路排定功能與調度集中系統（CTC）或列車自動保護系統（ATP）整合，有效提升了鐵路網的整體運輸效率。

運作方式
基本原理
聯鎖系統由多種訊號設備與軌旁設備共同構成，其控制範圍通常涵蓋訊號機以及道岔、平面交叉以及活動開合橋等可移動的鐵路設施。在系統的底層設計上，聯鎖系統需嚴格遵循三大安全原則。首先，系統禁止任何可能導致列車進路發生相互衝突或交匯移動的訊號機同時開放。

在鐵路訊號系統當中，閉塞與聯鎖系統同被視為保障行車安全的基礎技術，兩者在防護功能上各有不同且相輔相成。閉塞系統的功能在於維持前後列車之間的空間縱向間距，防止追撞；聯鎖系統則專職負責車站、分岔及平交道等區域的進路安全。在許多早期或技術尚未完全升級的鐵路上，往往會出現「已實行閉塞、但聯鎖設備未臻完善」的現象。這種技術斷層意味着，雖然閉塞系統能夠確認某一區間內並無其他列車佔用，但由於沿途的道岔未能與訊號機建立邏輯互鎖，此時雖然訊號機所顯示的允許通行訊號，實際上並無法保證前方道岔已處於正確位置。同樣地，如果鐵路平面交叉或活動橋未能納入聯鎖與閉塞系統的統一控制，它們就會成為閉塞區間中的斷裂點。在現代的電腦聯鎖（CBI）中，進路表的內容則會被轉譯為控制軟件的數據庫。當表格聯鎖用於配綫較複雜的鐵路系統時，會導致進路表與電路設計變得異常龐大而繁瑣，但對於中等規模或結構相對固定的鐵路佈局，它至今仍是十分實用且廣泛應用的主流設計方案。

區域聯鎖（又稱分佈組合聯鎖）的誕生，最初是為了解決表格聯鎖在大型樞紐中設計與佈線過於複雜的弊端。其核心思想是將軌道系統中的基本元件（如道岔、訊號機、軌道區段）抽象化為標準的邏輯模組。在繼電聯鎖時代，這些模組是預先製造並配好內部電路的繼電器組合（Relay groups），工程師只需按照實際軌道幾何拓撲結構，用訊號電纜將這些繼電器組合接駁到繼電器組合架上，正確的聯鎖電路便會自動形成；而在電腦聯鎖中，則演變為電腦軟件中的邏輯運算檢查。

當區域聯鎖系統執行進路排定時，系統會從設定的入口向出口發出搜索進路的請求（在繼電系統中為實體電流，在電腦系統中則為拓撲結構的搜尋演算法）。該搜索訊號在道岔分岔處會呈樹狀分支擴散，一旦其中一條分支成功尋獲出口，便會向入口回傳確認訊號以鎖定行車路徑，同時清除其餘無效分支，並藉由重疊的搜尋路徑自動排斥敵對進路。此外，區域聯鎖具備自動觸發側面防護（Flank protection）的功能，尋路訊號會自動向分岔軌道外推，要求防護道岔自動轉至規定位置並鎖閉。若防護道岔未轉至規定位置，防護訊號機將無法開放，以防止列車側面衝突。當面對兩個進路同時爭奪同一組道岔進行側面防護的請求時，系統會依據預設的優先級規則處理，將次要進路的防護需求向更遠端的訊號設備（如調車訊號機）傳遞。

隨着行車速度與密度提升，英國政府開始介入鐵路技術規範的監管。1858年，英國貿易局向鐵路公司倡議，首次提出新建鐵路的訊號安全基礎要求，強調訊號機必須與對向道岔轉轍器聯鎖，以實時指示道岔的開閉狀態；翌年，貿易局亦要求在肯蒂什鎮樞紐（Kentish Town Junction）裝設基礎聯鎖裝置。在技術與政策的雙重推動下，（John Saxby）於1856年獲得了歷史上首項機械聯鎖專利，但早期的設計仍不夠完善。

薩克斯比於1860年與奧斯汀·錢-{伯}-斯（Austin Chambers）共同對聯鎖裝置進行改良（英國專利號2920），這項發明透過機械鎖床控制道岔與訊號機之間的邏輯時序。1860年代後期，薩克斯比與法默公司（Saxby & Farmer）開發並推廣了多項先進的機械聯鎖技術，其中最重要的是「預先鎖閉」（Preliminary latch locking）技術。該技術容許訊號員在扳動控制桿之前，讓聯鎖系統能更安全地預先鎖定所有衝突進路。這項發明獲得巨大成功，並成爲現代聯鎖原理的重要基礎之一。截至1873年，單是（LNWR）便已設置了多達13,000根此類機械聯鎖槓桿，賓夕法尼亞鐵路亦於1876年引進了數套美製機型。然而，這批早期的美國國產聯鎖機在設計上仍不具備預先鎖閉功能，安全性遠遜於英國的薩式聯鎖機。因此，這批美製過渡期產品在短期內便被全面淘汰，悉數被更換為具備預先鎖閉技術的薩式聯鎖機。

1878年，約翰·M·圖西與威廉·布坎南在賓夕法尼亞州哈里斯堡共同創立了圖西和布坎南聯鎖道岔和信號公司（Toucey and Buchanan Interlocking Switch and Signal Company）。該公司開發的機械聯鎖系統，首次在1877至1878年間安裝於曼哈頓高架鐵路公司及紐約高架鐵路的道岔與訊號設備上，並吸取了英美兩家之長推出了自家品牌的機械聯鎖機。約翰遜式機械聯鎖機採用垂直鎖床與預先鎖閉設計，將機械鎖床垂直安裝在操作槓桿下方，使訊號樓無需為了容納龐大的水平式鎖床而進行擴建，而且維修人員只需打開訊號樓下層的蓋板，便可對鎖床進行檢查，免去了傳統機型需要拆卸上方控制組件的麻煩。

在19世紀末美國鐵路網絡迅速擴張的時期，約翰遜式機械聯鎖機曾被美國多家大型鐵路公司廣泛採用，包括紐約中央鐵路、賓夕法尼亞鐵路及伊利鐵路等，安裝在各大樞紐的繁忙車站，其中最著名的例子包括1894年安裝於紐約大中央車站的108根槓桿大型聯鎖機。到了1890年代末，隨著約翰遜鐵路訊號公司的企業重組和併購，基於約翰遜設計的垂直鎖床機械聯鎖機演變爲通用鐵路訊號公司（GRS）和美國聯合道岔與訊號公司（US&S）旗下的產品。20世紀初，通用鐵路訊號公司將以垂直鎖床為主要特徵的機械聯鎖機命名為「A型聯鎖機」（GRS Style A），因結構可靠、操作成熟，在20世紀上半葉成為北美鐵路最廣泛採用的機械聯鎖設備之一。1896年，柏林附近的（Westend）亦引進了同類設備。1912年，西門子與哈爾斯克公司推出的1912型聯鎖系統（Stellwerk S&H 1912）成為中歐地區電氣聯鎖發展的重要里程碑，其設計後來成為德國、奧地利及瑞士等地絕大多數電氣聯鎖的標準型式。

而早在1888年的北美，來自俄亥俄州派克頓的發明家約翰·泰勒（John D. Taylor）向巴爾的摩與俄亥俄西南鐵路公司（B&OSW）推銷電氣訊號設備時承諾爲其研發全電氣聯鎖系統，並於1889年在巴爾的摩與俄亥俄西南鐵路和交會處的俄亥俄州東諾伍德樞紐建成首套泰勒電氣聯鎖系統。該系統首次採用依靠電動機慣性旋轉所產生的反電動勢進行位置校驗的「動態表示」（Dynamic indication）安全機制，大幅提升了道岔表示的可靠性。

隨著技術日趨成熟，泰勒道岔與訊號公司（Taylor Switch & Signal Company）於1901年在威斯康星州歐克雷爾建成其首套成熟的商用全電氣聯鎖系統。隨後，泰勒公司於1904年與氣動信號公司（Pneumatic Signal Co.）等企業合併組建通用鐵路信號公司（GRS），總部設於紐約州羅徹斯特。由於全電氣聯鎖僅需敷設電纜，無需維護複雜的機械傳動裝置或壓縮空氣管路，因此在北美鐵路上的採用率迅速提高。截至1913年，該系統已應用於美國及加拿大35個州、省的83家鐵路公司，共建成440座全電氣聯鎖設備，控制桿總數達21,370根。1921年，在設有套軌的威斯康星州8號橋區間安裝了早期的進路控制聯鎖設備，訊號員僅需操作一個二位式控制桿，便能同步完成區間的電動脫軌器的狀態設定，並與訊號系統建立相應的聯鎖控制。1922年，在威斯康星州與明尼蘇達州的州界附近的區段，進一步引入了三位式控制桿來控制兩組交叉渡線，使用左右操作桿分別控制雙向進路，最終僅用四個三位式控制桿便可控制八條不同進路，大幅簡化了操作程序，並於1937年在英國的投入營運；同年，美國首套系統亦於在紐約中央鐵路位於俄亥俄州的吉拉德樞紐（Girard Junction）首次投入使用。1948年，紐約地鐵亦在IND福尔顿街线引進了三套NX系統。

歐洲早期所採用的進路操縱式聯鎖控制，則與美國模式有所不同。法國早期的進路控制系統傳統上採用「一條進路，一根控制桿」的設計，每根進路控制桿透過控制不同的繼電器組合，自動設置相關道岔和訊號的狀態，因而無需傳統的機械聯鎖機構。1974年，瑞典國家鐵路（SJ）與愛立信（LM Ericsson）簽署了開發該系統的協議。這項技術突破源於兩家機構的共同構想，並由瑞典國鐵技術專家本特·斯泰納（Bengt Sterner）與達格·諾登福斯（Dag Nordenfors）主導開發了名為「STERNOL」的專用邏輯編程語言。為滿足鐵路極高標準的安全要求，研發團隊引入了美國太空總署（NASA）的安全驗證技術，確保微處理器能夠安全可靠地應用於鐵路訊號領域。斯泰納亦因這項開創性貢獻於2009年獲頒。該系統於1978年5月率先在哥德堡中央車站開始測試，經完善後於1979年11月將測試擴大至樞紐核心區域。隨後於1981年2月，該技術進一步應用於馬爾默中央車站。此後，在這套系統的基礎上經過不斷演進，愛立信先後推出了85型和95型等改良版本，並獲全球多國鐵路廣泛採用，該系列產品後被納入龐巴迪並由阿爾斯通繼承，目前最新版本為EBI Lock 950 R4。

聯鎖機的核心裝置是機械鎖床（Locking bed）。鎖床由一組精密的鋼製滑條與鎖鍵構成一個二維矩陣。當訊號員操作控制道岔或訊號機的槓桿時，槓桿會同步帶動一根縱向延伸的滑閥（Tappet／Plunger）。在這些滑閥的邊緣切有特定形狀的凹槽；與滑閥垂直交錯的，則是橫向排布的鎖簧桿（Locking bars），其上裝有微型的三角形或塊狀竪鎖簧（Locking dogs）。當某一槓桿被驅動時，其滑閥的位移會將竪鎖簧推入相鄰衝突槓桿的滑閥凹槽中，從而將敵對槓桿牢牢卡死，杜絕了同時排定衝突進路的可能性。該型聯鎖機依賴一套搖臂與連桿機構，當訊號員握下鎖柄時，搖臂會被帶動旋轉並傳導二分之一的行程給滑閥以執行預先鎖閉；大槓桿搬動到位後，放開鎖柄的復位動作則會完成剩餘的二分之一行程。槓桿在未經操作時處於「定位」（Normal），當訊號員將其拉動至相反位置時則稱為「反位」（Reversed），只有現場道岔完全鎖閉在反位後，相應的訊號槓桿才有可能被解鎖並拉動。

機械聯鎖的原型最早可追溯至1843年裝設於英國倫敦（Bricklayers Arms Junction）的訊號裝置，旨在防止同時出現相互衝突的訊號。直至19世紀末，隨着（John Saxby）等工程師的改良，具備嚴密邏輯制約的機械聯鎖才逐漸成熟。由於當時缺乏電子感應設備來即時監測軌道的狀態，為了防止列車在駛過道岔時因震動導致尖軌鬆脫，機械聯鎖系統通常會另設獨立的轉轍鎖閉器（Facing Point lock）和轍查桿（Lock rod），並由一根專屬的導管槓桿控制。只有當道岔轉換到位、鎖閉器和轍查桿插入鎖緊後，訊號槓桿才能被扳動。

然而，機械聯鎖系統受限於連桿與導線在長距離傳導中所產生的摩擦力、金屬材料隨環境溫差產生的熱脹冷縮變形，以及人力操作的力量極限，機械聯鎖對道岔的有效控制距離一般不超過400米，臂板訊號機的控制距離亦難以超過1200米。這個特性導致大型車站或複雜的鐵路樞紐無法僅靠一座訊號樓實施全盤控制，而必須將整個站場劃分為數個相互獨立、各自派駐訊號員值班的局部訊號樓，這在很大程度上限制了鐵路調度效率與營運自動化。

機電聯鎖
德斯普蘭斯德瓦爾訊號樓。]]
20世紀初期誕生的機電聯鎖（Electro-mechanical Interlocking），是鐵路訊號技術由純機械向全電氣化演進的過渡技術。這項技術的出現，源於當時的鐵路訊號電氣化改造，鐵路公司希望在保留部分機械操作道岔的同時，引入電力驅動的訊號機、轉轍機和道岔表示器，並以基於軌道電路的電氣鎖閉（Electric detector locking）取代傳統、沉重的機械式轍查桿。

水平鎖閉式機電聯鎖機在構造上使用雙層互鎖架構，典型代表是聯合道岔與訊號公司（US&S）在1920年代推出的P-5型機電聯鎖機。裝設在訊號樓內的聯鎖機底座，沿用了標準薩式機械聯鎖機的結構，通常按5吋間距排列著傳統的機械槓桿，用於手動操作距離較近的道岔；然而，薩式機械聯鎖機原本配備的傳統機械鎖床與支架結構被取消，並在機械槓桿正上方騰空的空間，加裝了以更緊密的兩吋半間距排列的一組控制電力訊號機或遠距離道岔的小型電氣槓桿。當訊號員操作聯鎖機時，訊號電壓會調節氣缸上的電磁閥，進而控制壓縮空氣的進氣與排氣，以推動轉轍器的切換。早期的電氣氣動聯鎖會同時驅動氣動式臂板訊號機，而後期系統則改由電力直接驅動色燈訊號機，氣壓系統則仍然負責轉轍器的切換。

與純機械或純電氣聯鎖相比，電氣氣動聯鎖最大的技術優勢在於其動作反應速度極快。由於壓縮空氣釋放的能量巨大且傳導迅速，轉轍器能在極短時間內轉換到位並完成進路鎖閉，因此該系統最適合部署於繁忙的大型鐵路樞紐和地鐵系統等場合。

電氣氣動聯鎖的典型例子之一，是由聯合道岔與訊號公司研發的14型電空聯鎖機（US&S Model 14）。該機型的控制桿以兩吋半的緊密間距排列以節省訊號樓空間，並透過水平轉軸直接連動內部的機械閉床、垂直電路滾輪觸點（用於進路選擇）以及由鎖閉電磁鐵驅動的鎖緊齒條段。控制櫃前端則配備實時狀態指示燈，為訊號員提供直觀的進路與鎖閉資訊。14型聯鎖機在操作介面上採用了獨特的錯位交替控制邏輯。主機架上的控制桿分為向上和向下延伸兩類，通常以單雙號區分。單號控制桿採用兩位式控制，其初始「定位」（Normal）通常偏左，扳動至偏右位置則為「反位」（Reverse），用以切換道岔。雙號控制桿採用三位式（L-N-R）控制，其初始「定位」處於垂直的中立位置（N），當控制桿向左（L）或向右（R）扳動時，會分別開放對應行車方向的訊號機。這種設計容許利用單一控制桿同時管理一組相互衝突的對向訊號機，而無需為每台訊號機設置獨立的控制桿，在保持相同控制容量條件下使聯鎖機的操作面板面積縮減了一半。該系統與當時主流的電氣氣動聯鎖的區別在於，它在運作中完全不依賴電能，且其驅動轉轍器與訊號機所需的壓縮空氣工作壓力（約每平方吋7磅），遠低於電氣氣動聯鎖系統。由於管路氣壓很低，如果直接把控制訊號氣流送到幾百米外的道岔，氣壓會嚴重衰減且反應極慢。因此，系統必須在軌道旁設置，用聯鎖機傳來的微弱氣流訊號去觸發中繼閥，再由中繼閥釋放儲氣罐的氣流來推動轉轍器或訊號機。

另一類系統採用控制電路與驅動電路分離的架構，典型例子是聯合道岔與訊號公司的F型電氣聯鎖系統（US&S Type F）。沿線設備的操作電源直接由高電壓、大電流的電力總綫供應；訊號樓內的控制桿僅需承受低電壓、小電流的控制電流，透過兩條獨立的控制線來操縱現場設備內置的繼電器，進而用弱電控制强電的方式控制訊號機或轉轍機，狀態表示訊號則經由另外兩根完全獨立的導線傳回訊號樓。

在電路設計層面，繼電聯鎖系統主要分流為兩大技術架構。在技術發展初期，所有系統皆採用基於聯鎖表的「自由佈線邏輯」（Free-wired logic）方式，即工程師依據標準電路範本，為站場內的每組控制電路進行獨立訂製的電路接線。隨後，為了提升工程效率，訊號設備製造商研發出的模組化的「區域聯鎖」（Geographical interlocking）系統，例如VPI（通用鐵路信號公司，現為阿爾斯通公司的商標）、 MicroLok （聯合轉轍器與信號公司，現為日立軌道STS公司的商標）、Westlock和Westrace（Invensys鐵路公司，現為西門子的商標）、Smartlock （阿爾斯通的商標）以及 EBI Lock（龐巴迪運輸公司的商標）。

鎖定形式的定義
根據美國鐵路協會，鎖定形式的定義如下：

; 電動鎖 : 「一個或多個電鎖或控制電路的組合，透過該組合，聯鎖機中的槓桿、轉轍器或其他與訊號和聯鎖相關操作的裝置，可防止其在特定條件下被操作。」
; 部分鎖定 : 「當列車位於某條線路的某一特定區段時，電動鎖定裝置有效，並適用於防止列車在該區段內被人為操縱，以免危及列車安全。」
; 路線鎖定 : 「當列車通過信號機時，電動鎖定裝置生效，用於防止在列車進入進路範圍內時，操縱桿造成危險。」
; 分段路線鎖定 : 「進路鎖定的佈置方式是，列車在通過進路的每個區段時，都會解除影響該區段的鎖定。」
; 進場鎖定 : 「當列車接近為其設定的通行訊號時，電動鎖定裝置生效，並適用於防止操縱桿或裝置危及列車安全。」
; 鬥桿鎖定 : 「電動鎖定裝置在列車通行訊號設定後生效，由經過的列車釋放，用於防止操縱桿造成對接近列車的危險。」
; 指示鎖定 : 「電動鎖用於防止任何可能導致不安全狀況的操縱桿操作，以防信號燈、轉轍器或其他操作裝置未能做出與操作桿動作相對應的動作；或用於直接防止一個裝置在先操作的另一個裝置未能做出所需的動作時被操作。」
; 檢查鎖定 / 交通鎖定 : 「電動鎖閉裝置可強制兩個相鄰聯鎖站的操作員之間進行協作，以防止控制同一軌道的相反訊號同時運作。此外，在信號清除並被列車接受後，檢查鎖閉裝置可防止相鄰聯鎖站的相反信號在列車通過該聯鎖站之前被清除。」

参考资料
參考書籍
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