第四節(jié)　列車運行控制系統(tǒng)的技術形成過程

列車運行控制技術在不斷提高的列車速度、密度等運營需求下，不斷發(fā)展的電氣、電子、信息及自動化技術推動下，功能不斷增強完善，自動化程度不斷提高。此外，列車運行控制技術也是不斷總結事故教訓發(fā)展來的，是人們經驗智慧的結晶。從一次次重大行車事故中，人們不斷發(fā)現(xiàn)原有系統(tǒng)的安全漏洞，尋求技術手段防止人為失誤，從而逐漸完善系統(tǒng)的功能、性能，推動列車運行控制技術不斷發(fā)展，保證運行安全、提高運行效率。

列車運行控制技術的形成過程經歷了如下幾個階段：

1.地面人工信號

自1804年世界首條鐵路在英國開始運營就產生了如何控制列車間隔以保證行車安全的問題，從而產生了行車閉塞法。起初只有白天行車且鐵路上只有一列列車來回運行，所以不必考慮列車相撞的問題。隨著社會的發(fā)展，客貨運量不斷增長，鐵路運行線路不斷增長，車站增多，運行列車也增多。為防止列車相撞，在線路上安裝各種信號設備。通過地面信號顯示系統(tǒng)，以物體大致形狀、燈光的數(shù)目和顏色等視覺信號或音響信號等聽覺信號給司機以各種運行條件的指示，提醒司機采取相應的措施，以免發(fā)生列車正面沖突和追尾事故。1832年，美國開始在車站上設置信號機，為站與站之間傳送信息。信號機上掛有果物籠狀的東西，外面包白布或黑布，吊在10m高的柱子上，這個信號叫球信號。當列車從車站發(fā)車時，發(fā)車站將白球掛在柱頂，指示列車可以出發(fā)。接車站將白球掛在中間，指示列車進站停車；將白球掛在柱頂，指示列車通過；將白球掛在柱下，指示列車停在站外。若發(fā)車站將黑球掛在柱頂，則表示列車晚點。由于當時站間還沒有通信手段，相鄰車站用航海望遠鏡觀察，根據(jù)球信號的顏色和位置向司機傳送信號。從那個時代起，信號機已經開始起閉塞機的作用，只不過兩站間閉塞關系靠人工保證，而不是靠設備保證。

這個階段，主要是依靠信號工的眼睛觀測（傳感器），通過人控制的信號給司機傳遞行車命令（傳輸），由信號工控制列車間隔。列車完全由司機駕駛，并負責列車的運行安全。

2.地面自動信號

1872年，美國人魯濱遜發(fā)明了軌道電路，實現(xiàn)了列車占用鋼軌線路狀態(tài)自動檢查。利用軌道電路檢查列車占用軌道的狀態(tài)信息，控制信號顯示，進而出現(xiàn)了地面自動信號，使地面信號顯示能真實反映線路空閑狀態(tài)，也就是說，按信號顯示行車能夠防止列車沖突事故。只有當線路在空閑狀態(tài)時，信號開放才是安全的。

這一階段列車的間隔調整采用半自動閉塞或自動閉塞。所謂半自動閉塞即人工辦理閉塞手續(xù)，列車憑信號顯示發(fā)車后，出站信號機自動關閉的閉塞方法。而自動閉塞則是列車根據(jù)運行及有關閉塞分區(qū)狀態(tài)，自動變換通過信號機的顯示，司機憑信號顯示行車的閉塞方法。

地面信號顯示僅僅指明列車前方線路狀態(tài)，列車完全由司機駕駛，安全掌握在司機手中。

3.機車信號

以地面信號顯示為主的鐵道信號系統(tǒng)只是向司機提供地面視覺信號，但由于地面信號顯示有時受到自然環(huán)境（如霧、風沙、大雨等）的影響及地形的限制，司機往往不能在規(guī)定的距離內及時瞭望前方信號機的信號顯示，因而有冒進信號的危險。為將列車運行前方所接近信號機的顯示情況及時通告司機，發(fā)明了機車信號設備，將地面的視覺信號通過技術手段引入司機室，改善了司機瞭望條件。這樣司機就能夠在任何條件下從容地駕駛列車，當前方信號為禁止信號時及時采取制動措施，提高了列車運行的效率和安全程度。

值得指出的是，在以地面信號為主體信號的信號系統(tǒng)中，地面信號顯示仍是行車憑證，機車信號只是地面信號的復示信號。

4.自動停車裝置

無論地面信號還是機車信號都只能確保顯示正確可靠，提醒司機及時采取措施，但無法防止由于司機失去警惕而發(fā)生危及列車運行安全的事故。實際上，行車時司機有時會產生精神不集中、瞌睡、操縱錯誤等情況。據(jù)鐵道研究所（現(xiàn)中國鐵道科學研究院）1957年的調查，1955年和1956年全路發(fā)生列車冒進進站信號機的事故中，由于司機失去警惕而造成的事故分別占57.6％和53.4％。因此人們又研制了列車自動停車設備（Automatic Train Stop，簡稱ATS），其功能是當?shù)孛嫘盘柕摹敖姑睢蔽幢凰緳C接收時就自動實施緊急制動，強迫列車停車。尤其是電碼軌道電路的出現(xiàn)，使得利用軌道電路向機車傳送信息成為可能，地面軌道電路、機車信號與自動停車裝置結合，構成了簡單的列車運行自動控制系統(tǒng)，當“禁止信號”未被司機接受及時停車時，自動停車裝置就自動實施緊急制動，強迫列車停車。這樣列車運行控制系統(tǒng)不再只是指明安全運行條件，列車的安全由設備和司機共同保證。在這個階段，地面信號仍是安全行車的憑證，機車信號只是輔助信號。

5.自動列車防護系統(tǒng)

自動停車裝置的使用，有效地消除了因司機失去警惕而造成的冒進禁止信號情況，在保障行車安全方面發(fā)揮于巨大的作用。但是，由于自動停車裝置存在警惕按鈕。司機在不清醒狀態(tài)下，若通過習慣性地按壓警惕按鈕，仍會使自動停車裝置不起作用，而又沒有實施人工制動，則仍然可能發(fā)生冒進信號的事故，成為危及行車安全的一大隱患。此外，自動停車裝置報警頻繁，在報警聲持續(xù)時間內，司機在操縱列車的同時還必須兼顧按壓警惕按鈕，對司機的正常操縱帶來一定的影響，繼而使司機對此設備產生反感，出現(xiàn)違章關機現(xiàn)象。

20世紀50年代末，高速鐵路的崛起和發(fā)展給世界鐵路的重新振興帶來了勃勃生機，對鐵道信號系統(tǒng)裝備提出了更高的要求。傳統(tǒng)的以地面信號顯示傳遞行車命令，司機按行車規(guī)定操縱列車運行已不能滿足要求。當列車運行速度提高到某一程度時，由于司機瞭望和確認地面信號的時間很短，不能保證行車安全和效率，無法依靠地面信號顯示正常行車。根據(jù)國際鐵路聯(lián)盟（UIC）734R法令推薦：依據(jù)地面信號行車，可接受的最高行車速度為140～160km/h；列車速度為160～200km/h時，應安裝使用機車信號或列車運行控制系統(tǒng)作為輔助以增強地面信號；列車運行速度高于200km/h時，必須采用帶有速度監(jiān)督的連續(xù)式列車運行控制系統(tǒng)，以機車信號為行車憑證。

隨著鐵路的發(fā)展，特別是列車運行速度和密度的不斷提高，列車運行控制系統(tǒng)也逐步由以地面信號顯示傳遞行車命令，發(fā)展到以列控車載設備給司機顯示根據(jù)地面發(fā)送的信息和列車參數(shù)實時計算出列車運行的允許速度，自動監(jiān)督列車運行，一旦列車運行速度超過允許速度，列控車載設備自動實施常用制動或緊急制動，有效防止兩冒一超事故，確保行車安全。這樣由地面設備和車載設備構成的系統(tǒng)也稱為自動列車防護系統(tǒng)。

概括地來說，列車運行控制技術的形成過程如下：

（1）地面手動信號。

（2）自動閉塞+地面主體信號。

（3）自動閉塞+地面主體信號+機車信號輔助信號。

（4）自動閉塞+地面主體信號+機車信號輔助信號+自動停車。

（5）自動列車防護系統(tǒng)。