中国 LKJ-2000+ 机车信号运行安保系统与日本 ATS-P、德国 PZB-90 有何差异？ 第1页

呃，说好要写一个答案，要填坑了。

@广铁小豆豆 和 @肉唐僧 的答案讲述 LKJ 已经很清晰很完整了。我就随便说说再补充一下。

LKJ本身是有缺陷的，原因是列车的固定限速和临时限速是记录在司机的IC卡上，而IC卡是电务人手输入数据的，这无法避免不会出错，只能靠多次人工复核，但也无法保证完全不出现错误。尤其是列车发车后，前方遇到线路故障或事故需要临时限速，这时候司机的IC卡并没有存储最新的临时限速信息，就存在了超速危险。

因此当年的铁道部也意识到LKJ的安全性问题，因此开始做了不少试验：

1. LKJ-05标准开始，车载设备已经安装了GSM-R和WiFi一体化天线用于实时发送列车运行状况到路局的铁路，也安装了BTM天线用于读取地面应答器。同时在秦沈客运专线的客运车站开展TVM-430地面有源应答器试验，以及2011年在京哈、京承、丰沙的线路区间进行无源应答器试验。但最终没有大规模推广，具体原因不明。
2. 类似朔黄铁路铁路的思路，在铁路沿线铺设LTE-R专网，同时改造机车驾驶室增加LTE-R接收设备。集中调度中心的调度员可以直接通过LTE-R发送LKJ临时限速指令，由司机确认后更新到车载计算机。机车按照新的限速指令进行牵引。
3. 还有一个做法是在铺设轨道电路的自动闭塞铁路，控制中心临时修改轨道电路的限速码，让机车自行生成制动和限速行驶曲线。但这种只能在出现重大灾害和事故时才能使用，否则会太影响运输效率。

最终因为各种原因，以上增强LKJ安全性可靠性的措施并没有推广起来。我想最重要的原因是成本吧。增加一条线路的装备不难，难的是大规模批量装备。要知道很多半自动闭塞的单线铁路，连轨道电路都没有。

很多人会想，既然CTCS-2那么先进，直接用CTCS-2，尤其是2007年六提的时候，几条既有线干线为了增开和谐号动车组，曾经也安装了CTCS-2的地面设备。具体原因可以参考这个问题：近几年内LKJ的列车控制方式能被ATP方式取代吗？ 除了车载设备的造价差别以外，地面设备、线路防护和给排水也有更高的要求，这可不是一个小数目。似乎CTCS-2车载设备也不太支持非固定编组的列车使用，驾驶台的DMI列车长度选项只有8辆编组和16辆编组可选。

因此CTCS-1被重新拿出来研究规划。新的CTCS-1方案是使用线路区间铺设的无源应答器提供线路固定信息，使用轨道电路实现列车占用检查和向列车发送行驶授权。而在车站附近增设GSM-R设备，用于向列车发送最新的区间临时限速信息。那么司机就不需要携带IC卡值乘，同时行车信息以地面信号为主，避免LKJ的安全缺陷。

不过明明LKJ车载设备就有GSM-R和WiFi天线，现在就不能用GSM-R分组域（GPRS）更新临时限速数据？况且机车停车换司机值乘，也有足够时间给机车更新临时限速信息，车站安装一个WiFi发射天线又不难。就是不明白为什么还要守着司机的IC卡。

说完中国的，就说说日本。

ATS-S会在信号灯前600米设置地面应答器，应答器会发出两种频率的信号，一种是103/105KHz表示全速通过，另外一种130Hz表示制动警报。后来改进版本的ATS-Sx的地面应答器增加了几种频率的讯号，用于列车立即减速和提示车载设备计时测速。不同JR和私铁的ATS-Sx会略有不同。如果司机在列车收到制动提醒后5秒没有响应，那么列车就会开始自动制动减速。但司机确认收到制动提醒后，是可以忽略减速提醒继续保持速度或者加速。2005年JR西日本福知山事故就是这个原因赶点导致列车超速出轨。

ATS-P在信号灯前600米设置若干个有源地面应答器，根据应答器发出的信号开始让列车生成一次连续目标距离曲线并强制限速，列车向前行驶经过应答器会不断降低就限速，在信号灯前减速到18KM/h就会转回给司机人工操作。ATS-P车载设备引入速度发电机实时检测列车的行驶速度。

在行车密度低的线路，JR会使用ATS-PN降低成本。ATS-PN和ATS-P的区别在于使用不需要外部电源的无源应答器替换有源应答器。这样可以减少编码器和光电传输设备，车载设备也可以简化降低成本。ATS-PN的无源应答器和ETCS/CTCS无源应答器的原理类似。列车行驶时会车底会向地面不断发出磁场，磁场会激活无源应答器上面的线圈对应答器充电，然后无源应答器的天线会向列车发送固定信息。

一般来说JR在来线的站间都距很短，尤其是都会区的通勤铁路，两站之间只有两三公里。所以在线路区间的中间某个曲线位置增加ATS-P的信号灯，差不多相当于是整个区间都布满了地面应答器，安全性已经相当高。但是在一些长区间，列车通过了前一个信号灯，又没有到下一个信号灯前的600米范围，司机还是可以想怎样开就怎样开，想开多快就开多快，这只能靠司机遵守点单和路书的程度了。当然绝大多数的司机会遵守规则。每一次列车停站时，司机都会在驾驶台查看路书上下一个区间的行驶信息。补充：ATS-P的制动曲线，是按照列车最高限速越过限速应答器5秒后的情况生成的。

最新一代的ATS-D系统，就在ATS-P的基础上增加线路数据库系统，记录线路数据和固定限速。利用车载速度发电机计算车速，计算出列车行驶公里数，从而实现列车定位。然后通过车载数据库的固定限速信息，实时检查列车有没有超速行驶。

在一些在来线的繁忙干线以及都市圈通勤铁路，JR会给这些线路装备ATC系统。特别指出的是，日本语境下的ATC相当于欧洲铁路体系下的ATP。日本在来线现有的ATC，大多是1964年东海道新干线ATC的衍生和改进产物。使用轨道电路检测闭塞区间占用和向列车传送限速码，利用速度发电机连续检测列车速度，车载设备根据车速自动实施制动和缓解动作。既然是1964年留下来的产物，制动曲线当然还是速度码阶梯控制的方式。

到了21世纪，铁路客运需求越来越大，模拟式ATC无法满足需要。新的数字式ATC被引入新干线和在来线。D-ATC和DS-ATC还是准移动闭塞系统，不过距离移动闭塞已经十分接近了。很多资料说新干线的数字ATC系统（DS-ATC、ATC-NS和KS-ATC）是利用轨道电路实现地面设备向列车单向发送列控信息。实际上新干线沿线铺设漏缆提供9.6kbps的传输速率，实现车地间双向通信。D-ATC和DS-ATC有一个车载数据库记录了线路的固定限速、坡度和分相点等信息，而临时限速则是要通过漏缆和闭塞区间行车授权由控制中心发送给列车。其实CTCS-3的GSM-R也只是使用了CSD（电路域）4.8kbps来传输实时列控信息，非实时信息才会使用更高带宽的PSD（分组域）传输。

在D-ATC/DS-ATC里面，轨道电路只用来检测列车的闭塞区间占用。按JR东日本研发人员的说法，轨道电路只需要保留车站区域内的部分，跟车站内的地面应答器一起用于列车定位和校正列车行驶距离。线路区间的轨道电路是可以取消的。列车行驶中的定位可以使用车载速度发电机连续记录列车速度，和列车的行驶时间做一个积分运算得出行驶距离，从而确定列车的实时定位并通过漏缆实时向控制中心报告。列车也可以通过漏缆获取前方列车的位置（占用的闭塞区间），从而自动制定速度控制曲线实施制动和缓解动作。不过东海道和山阳新干线还是需要保留轨道电路，因为它们保留ATC-1作为ATC-NS故障时的后备系统。而JR东海管辖的新干线则使用基于无线通信的RS-ATC作为后备系统。九州新干线开通较晚，KS-ATC似乎没什么历史包袱。

更进一步的是，JR东日本早在1995年开始研发移动闭塞的ATACS，这是相当于ETCS-3标准的列控系统。列车还是自带线路数据库记录固定限速和线路信息，依然使用速度发电机测速测距和定位。但线路取消了轨道电路，改用TDMA无线传输方式实现车地双向通信，最高9.6kbps的传输速度。不过性能上还是有所取舍。TDMA基站每一秒向列车发送一次最新的限速信息和前方列车距离。而列车则是每一秒向TDMA基站发送一次列车位置和车速。列车根据从TDMA基站获取的前车位置生成一次连续的目标距离制动曲线保证安全。说来有点讽刺的是，当初模拟式ATC向数字式ATC换代的时候，车地通信方式做过选型。因为新干线沿途多山，无线传输方式部署维护麻烦而且容易丢失信号，所以采用新干线沿线铺设漏缆保证车地双向通信的稳定性。然而没过十年八年，估计是地面设备的维护搞烦，人手不多也要节省成本，最终还是走回无线通信这个方向上，当然ATACS会根据未来通信技术发展，可以改用漏缆、WiFi和LTE等新型无线通信技术。以后新干线信号系统更新，应该也会遵循ATACS的方向演进。对了，东京首都圈铁路圈的通勤铁路要在2036年前实现移动闭塞。无人驾驶印象中是没有提及的。说到ATACS还得感谢 @fqj 在某次聊天提起，我才知道有这玩意。

至于ATO，日本人的角度认为经过培训的熟练司机能够比电脑更精准更有效率驾驶列车，也可以开行更高密度的班次，因此部署ATO系统的。这在日本多年老年化少子化趋势下，各行业都在想方设法实现自动化减少人手的趋势格格不入。

好了，说说德国的信号系统吧。

PZB90懂的不多，查了查资料。PZB90会在地面轨旁设置电磁铁，发出500Hz、1000Hz或2000Hz频率的信号。地面设备发出1000Hz信号时提醒列车司机减速，并且会生成制动曲线到45KM/h。如果信号发出4秒以后司机没有响应，列车则会自动减速。不同类型的列车，由于顶棚速度不一样，减速的幅度和时间要求也不太一样。发出500Hz信号时，列车会进一步减速，通常是用于车站进站前。列车会发出2000Hz信号时，列车会自动采取紧急制动措施。

LZB是世界上第一个实现车载设备生成一次连续目标距离制动曲线的系统。与法国TVM和欧洲的ETCS不同，LZB没有在线路区间铺设应答器，而是在铁路沿线铺设交叉感应环线实现车地双向通信。感应环线每100米交叉一次实现列车定位。列车占用检查是通过轨旁的计轴器。当年铁道部在规划CTCS的时候有考察和研究过LZB。铁道部觉得轨旁设备太多，投资和维护量都太大加上LZB本身不够开放，于是就被排除掉了。

其实国内还是有装备德国LZB信号系统的，广州地铁的1、2、8号线的信号系统就是用LZB700M实现ATP功能的。ATO是在此基础上再增加了一些监控和自动操作的设备。

暂且写到这么多。写这个答案之前翻了很多 @Enzo Jiang 前辈以前写的答案，十分感谢，给我补充了很多知识，有错还望指正。