列車保護警報システム

信号機の接近側50～450メートルに一対の電子ループが設置され、信号機が危険信号を示すと通電される。ループ間の距離によって、車載機器が列車の非常ブレーキを作動させる最低速度が決まる。列車のTPWS受信機が最初のループを通過すると、タイマーがカウントダウンを開始する。タイマーがゼロになる前に2番目のループを通過すると、TPWSが作動する。線路速度が速いほど、2つのループの間隔は広くなる。

信号機にはもう1組のループ線があり、これも信号が危険信号を示すときに通電されます。これらのループ線は端と端が繋がっているため、速度に関係なく、危険信号を通過しようとしている列車にブレーキをかけるようになっています。

標準的な設置では、ループが2組あり、これらは俗に「グリッド」または「トーストラック」と呼ばれています。どちらの組も「警戒ループ」と「トリガーループ」で構成されています。信号が危険状態にある場合、ループに通電されます。信号が正常であれば、ループへの通電は停止します。

最初のペアである過速度センサーシステム（OSS）は、線路速度と勾配によって決まる位置に設置されます。ループ間の距離は、列車が危険信号に接近する際に安全な速度で走行している場合、約1秒というあらかじめ定められた時間内に通過してはならない距離です。正確なタイミングは、列車の機器によって決まり、旅客列車の場合は974ミリ秒、貨物列車の場合は1218ミリ秒です。貨物列車は、ブレーキ特性が異なるため、1.25倍長いタイミングを使用します。^{[ 9 ]}

最初の「準備」ループは64.25kHzの周波数を発信する。2番目の「トリガー」ループは65.25kHzの周波数を発信する。  

もう一方のループのペアは信号機で背中合わせになっており、列車停止システム（TSS）と呼ばれます。「作動」ループと「トリガー」ループはそれぞれ66.25kHz と65.25kHzで動作します 。列車搭載機器が作動周波数のみを検出した後、両方の周波数を同時に検出するとブレーキが作動します。したがって、通電中のTSSはどの速度でも有効ですが、列車が正しい方向に通過する場合に限ります。故障時などに列車が危険信号を通過する必要がある場合もあるため、運転士はTSSをオーバーライドするオプションがありますが、OSSをオーバーライドするオプションはありません。

主信号機に関連付けられた補助信号機が入換動作のために解除されると、TSSループは非通電状態になりますが、OSSループは通電状態のままです。

同一路線で列車が反対方向に信号を送る場合、OSS アーム状態と、実際には異なる信号に関連付けられているトリガー ループの間を列車が通過する際に、TPWS が不当に介入する可能性があります。この状況に対応するため、一方の信号を「通常方向」に指定し、「ND」機器を設置します。もう一方の信号を「反対方向」に指定し、「OD」機器を設置します。反対方向 TPWS の送信周波数は若干異なり、64.75 kHz (OSS アーム)、66.75 kHz (TSS アーム)、および 65.75  kHz (共通トリガー) で動作します。

線路側には、各ループセットに関連付けられた2つのモジュールがあります。信号インターフェースモジュール（SIM）とOSSまたはTSSモジュールです。これらはループの周波数を生成し、ループが正常であることを確認します。また、信号システムとのインターフェースも行います。

SIMモジュールは赤色で色分けされています

ND TSSモジュールは緑色で色分けされています

OD TSSモジュールは茶色で色分けされています

ND OSSモジュールは黄色で色分けされています

OD OSSモジュールは青色で色分けされています

すべての牽引ユニットには、次のものが装備されています。^{[ 9 ]}

• TPWS受信機。
• TPWSコントロールパネル（標準版または拡張版）。
• AWS/TPWS確認ボタン。
• TPWS一時遮断スイッチ。
• AWS/TPWS完全分離スイッチ。

ループが通電されると、列車の下面にあるアンテナが無線周波数信号を受信し、受信機に送信します。タイマーは、アームループとトリガーループの間を通過するのにかかる時間を計測します。この時間は速度チェックに使用され、速度がTPWSの「設定速度」よりも高い場合は、緊急ブレーキが作動します。列車がTPWSの設定速度よりも遅い速度で走行していて、危険信号を通過すると、アンテナは通電中の列車停止システムループからの信号を受信し、オーバーラップ内で列車を停止させるためにブレーキが作動します。複数ユニット列車は両端にアンテナがあります。単独で運行できる車両（単車ディーゼル気動車と機関車）は、アンテナが1つしかありません。これは、車両の進行方向に応じて、車両の前部または後部のいずれかにあります。

すべての運転席にはTPWSコントロールパネルがあり、運転席から見える位置に設置されています。パネルには2種類あり、オリジナルの「標準」タイプと、SPAD、オーバースピード、AWSによって引き起こされるブレーキ要求を個別に表示する、より新しい「強化」バージョンがあります。^{[ 10 ]}

標準タイプは、2つの円形表示ランプと1つの四角い押しボタンで構成されています。

「列車停止オーバーライド」と表示された押しスイッチは、危険信号を権限をもって通過するために使用されます。このスイッチは、TPWS TSSループを約20秒間（通常は旅客列車の場合）、または60秒間（通常は加速速度の遅い貨物列車の場合）、あるいはループを通過するまで（いずれか早い方）無視します。

AWSシステムとTPWSシステムは相互に連動しており、どちらかのシステムがブレーキ作動を開始すると、「ブレーキ要求」表示灯が点滅します。

TPWSシステムに障害が発生した場合は、「一時隔離／故障」表示ランプが点滅し、「一時隔離スイッチ」が作動した場合は点灯します。

運転席から手の届かない場所に、TPWS一時隔離スイッチが別途設置されています。これは、信号係の許可を得て複数の信号を危険信号で通過する必要がある一時閉塞運転などの劣悪な条件下で列車が運行されている場合に、運転士が操作します。TPWSを一時的に隔離してもAWSには影響しません。運転士は、通常の運行が再開された時点で直ちにTPWSを復旧させなければなりません。安全機能として、運転士が復旧を忘れた場合、運転席が次にシャットダウンされてから再び開かれたときにTPWSが復旧されます。

車両基地の人員保護システムで脱線装置を使用する代わりに、TPWS をシステムに装備する方法があります。この装置は、TPWS 装置を使用して、許可されていない動きから職員を保護します。計画外の動きが発生すると、列車は危険信号が設定された該当信号を通過した時点で自動的に停止します。これにより、脱線装置システムが引き起こす可能性のあるインフラや牽引装置、車両への損傷を防ぐという利点も得られます。このようなシステムの最初の設置例は、イルフォード車両基地です。TPWSを装備した車両基地保護システムは、先頭の運転台から車両が保守棟に出入りする場所にのみ適しています。車両が推進機関車によって移動される、遊休客車や貨車の保守には適していません (この場合、先頭車両には関連する TPWS 安全装置が装備されません)。また、暴走車両が保護された作業区域に進入するのを防ぐこともできません。

特定の信号機には複数のOSSが設置されている場合があります。あるいは、通常は線路速度が低いため、OSSが設置されていない場合もあります。その例として、終着駅のプラットフォーム発車信号機が挙げられます。OSSは単独で、恒久的な速度制限や緩衝器の保護に使用される場合があります。ループは標準ですが、緩衝器は接近速度が非常に低いため（通常10mph）、ミニループが設置されている場合があります 。緩衝器が標準ループを使用したTPWSで最初に設置されたとき、誤作動が頻繁に発生し、リセット中に遅延が生じ、列車が駅構内を塞いでしまう可能性があり、また、降車のために立っている乗客が急ブレーキで投げ出される危険性もありました。この問題は、列車がアームループを非常にゆっくりと通過したため、車載タイマーがサイクルを完了した後でも列車の受信機によって検出された場合に発生しました。タイマーはリセットされて再び計測を開始し、この2回目の計測サイクル内でトリガーループが検出されると、誤作動が発生しました。暫定的な解決策として、運転士は緩衝器停止OSSを時速5 マイルで通過するように指示され、問題は解消されたものの、列車が通常の停止位置まで進むための勢いがなくなり、運転士は緩衝器からほんの少し離れたOSSの先で動力を加える必要が生じ、TPWSが装備される前よりも緩衝器停止衝突の可能性が高くなったと言える。標準ループの約3分の1の長さに再設計された「ミニループ」はこの問題を解消したが、低速かつ余裕が少ないため、緩衝器停止OSSは依然としてTPWS作動の主な原因となっている。

英国における最近の事例では、高度なSPAD保護技術と組み合わせることで、TPWSと外部信号機を併用し、平均以上のリスクがある合流交差点を保護するシステムが導入されている。このシステムは、交差点後方の追加信号セクションで接近する列車の速度を制御することで、交差点の安全性を確保する。万が一、この制御が失敗した場合、TPWSがブレーキを作動させ、衝突地点に到達する前に列車を停止させる。このシステムはTPWS OS（外部信号機）と呼ばれている。

標準のTPWS設備では、列車を赤信号を通過する前に停止させることができ、その速度は時速74マイル（119 km/h）までです。2001年には、英国の鉄道の約3分の1が時速75マイル（121 km/h）を超える速度を許容していることが観察されました。さらに、これは列車のブレーキが12%gの制動力を提供できることを前提としています。^{[ 11 ] [ a ]}特にHSTなど、多くの列車タイプは、最高速度が時速125マイル（201 km/h）であるにもかかわらず、これを達成することができませんでした。TPWS-Aは、時速100マイル（160 km/h）までの列車を停止させることができました。    

TPWSは、列車が危険信号を権限をもって通過した後、速度を制御する機能を持たない。しかし、そのような場合、運転士の行動、列車の速度、およびTPWSの使用を規定する厳格な規則が存在する。

運転士が危険信号を通過するよう指示される理由は数多くあります。信号係は運転士に対し、危険信号を通過する際は注意して進み、障害物の手前で停止する準備をし、その後は他のすべての信号に従うよう指示します。運転士は発車直前にTPWSパネルの「列車停止オーバーライド」ボタンを押し、TPWSがブレーキを作動させることなく列車が信号を通過できるようにします。

運転者は、視界が確保できる範囲内で停止できる速度で走行しなければならない。次の信号までの区間が安全に見える場合でも、運転者は引き続き注意を払わなければならない。^{[ 12 ]}

TPWSは2021年のソールズベリー鉄道事故を防ぐことができなかった。列車は完全な緊急ブレーキをかけたものの、滑りやすい路面状況により車輪が滑り、衝突地点より前に列車を停止させることができなかったためである。（ATPでもこの状況を防ぐことはできなかっただろう）。^{[ 13 ]}

ラドブローク・グローブとサウスオールの鉄道事故の被害者を代表する人々や、ASLEFとRMTの鉄道労働組合などの批評家は、1990年代後半にTPWSを放棄し、英国国鉄のATPプロジェクトを継続するよう働きかけた。^{[ 14 ]}

2000年の調査「英国の鉄道網における自動列車保護」では、TPWSは「ATPで防止可能な事故を回避するという点では、約70%の効果がある」と述べ、速度制限を強調した。^{[ 15 ]}この2000年の調査では、TPWSは10～15年の短期的な解決策としては良いと結論付けたものの、欧州列車制御システムが長期的な解決策であると強調した。^{[ 15 ]}

特に、TPWSとAWSの組み合わせは、パーリーで発生したような事故では最も効果が低い。この事故では、運転手がブレーキをかけずにAWSの警告を繰り返し解除し、高速で危険信号を通過した。パーリーは、1980年代後半に発生した数々の注目を集めたSPAD事故の一つであり、1990年代にATPの大規模導入計画が立てられたが、その後1994年に中止され、TPWSに置き換えられた。

TPWSの支持者は、SPADによる事故を防ぐことができなくても、少なくとも列車の速度を落とすことで、衝撃を軽減し、死亡者を減らすかなくすことができると主張している。しかし、そのような場合、運転士は過速度センサーが作動するずっと前に緊急ブレーキをかけていた可能性が高い。^{[ 8 ]}

TPWSの設置以降、ATPが設置されていれば防げたであろう死亡事故はごくわずかであると指摘されている。しかし、これはATPの中止とTPWSへの置き換えの決定からTPWSの実際の導入までの遅延期間中に、ラドブローク・グローブとサウスオールの鉄道事故が両方とも発生したことを見落としている。これらの事故はATPで防げたはずであり、1990年代初頭のパイロット研究の一環としてATPが設置されていたグレート・ウェスタン線で発生した。^{[ 16 ] [ 17 ]}