固定闭塞式铁路行车信号之表示意义——兼谈普速线再一次改新信号的必要性

一、导言

固定闭塞式铁路信号在各国铁路的实际运用中一般分为两种信号含义。传统上，受英国铁路系统影响较重的地区一般将固定闭塞式铁路信号的意义定义为“线路信息”(Route Information，又称进路制信号)，司机自主控制列车速度以避免冒进(Signal Passed at Danger，简称SPAD)的发生；受欧洲大陆铁路系统影响较重的地区则将固定闭塞式铁路信号的意义定义为“速度授权”(Speed Supervision，又称速差制信号)，司机根据信号显示所表示的列车在该信号背后闭塞的行车速度控车；受北美铁路系统影响较重的地区(主要为美加墨三国)则使用双义灯列式铁路信号，信号颜色和闪烁(或白灯组及其闪烁)表示闭塞信息，信号于上中下三位的位置表示速度授权。不同信号意义体系上构建出的行车安全系统有着巨大的不同，所以在讨论这个问题时需要仔细分类。

中国的铁路信号系统在1949年铁道部成立之初的改新信号运动中，选取了南满洲铁道所使用的臂板式信号机及其意义作为标准。其后在引入自动信号的过程中，又使用了具有东欧特色的OSShD式信号灯头。但是与东欧信号体系不同的是，由于南满洲铁道所使用的英式臂板信号机所表达的信号意义是“线路信息”，OSShD信号系统的信号意义则是“速度授权”，两者在信号意义上具有区别；所以，当OSShD式信号引进到中国后，中国将OSShD信号的意义改为“线路信息”后使用，使信号显示意义相比OSShD原始信号更为含混。厘清两个系统的信号意义区别，对于进一步加密普速线的行车间隔是一个必要的前提。

二、主要以闭塞信息为显示意义的铁路信号——以英国铁路为例

作为铁路发祥地的英国，至今仍使用最为传统的以线路信息为意义的铁路信号。具体实施方式为，闭塞信号的臂板角度或信号颜色表示开放的闭塞数目，臂板信号机的位置或是白灯列角度表示进路信息。以色灯信号为例，在显示闭塞信息时，

注意，英国铁路信号系统的双黄灯相当于国铁的绿黄灯。

进路信息则用灯列或白色点阵灯来表示，进路表示器安装在进路分歧前的闭塞信号之上方，

然而，在九十年代，BR运营管理层发现，侧线限速较低、正线限速较高的线路所，若开放侧线，按照传统BR的信号意义，将无法向司机预告前方需要减速，所以BR在传统的的线路信息意义信号上，引入了两个具有速度授权特色的信号显示——闪黄和双闪黄，

然而，低速分歧信号等同于黄灯信号，司机在低速通过该信号时应随时准备停车，即便前方信号可能是通过信后亦都如此。这么做，一是为了保证列车全长都以低速通过该信号，二是因为该信号本身也产生了一定的意义含混。(它既可以表示低速侧线开放；也可以表示侧线开放，下一个信号为险阻；事实上，这个信号的含混和CR双黄灯、黄闪黄的含混有一定的类似之处)

显示线路信息的信号系统的优点是，司机操作余量大，自由度大，在晚点的情况下甚至可以“追信号”、“追黄灯”(即司机已知前车在高速运行，或是前车种别更高的情况下，即使信号显示双黄灯甚至是黄灯也按照线路速度全速运行)

然而它的不足之处也是明显的——整个信号-司机操纵的耦合是一个开环控制的模式。即便有AWS(预告报警设备)和TPWS(冒进强制干涉)这两种自停设备，也很难保证司机不会冒进。事实上，英铁在90年代在全路信号系统方面最大的投资，就是各种自停和冒进防止设备。有些地方甚至安装了出站信号冒进的二次警示灯(SPAD Indicator)。当列车冒进出站信号机险阻信号时高速闪烁三盏红灯以示司机停车。

SPAD Indicator

三、由臂板式信号演化成以速度授权为显示意义的铁路信号——以德国铁路为例

德国的铁路信号系统较早地将臂板式信号机所显示的线路信息意义转化为速度授权的意义，所以其信号系统同时具有臂板式信号和速度授权式信号的特色。

由于东西德的分裂，所以德国铁路信号的灯头在前东西德区域有着显著的区别。在这里为了解说方便，仅介绍前西德的灯头系统Hp，其最鲜明地保留了德国铁路信号将臂板式信号转化为速度授权信号的特征。

由于德国铁路信号的意义为“速度授权”，所以信号机不需要也不会显示进路信息。即司机除了直接观察到道岔的开放进路，是不会了解自己会被信号员接到几站台几道的，他只需要根据信号机所显示的速度限制行车即可。

在这个信号体系下，固定不变的路旁限速牌，也是信号机的一种，所以限速牌和信号机归为一类。

一个典型的Hp信号机由主信号和预告信号两个灯头组成，一个主信号灯头一般不会独立存在，但是预告信号灯头可以在主信号之前连续独立存在。

其中主信号灯头表示该信号机之后的闭塞区间的行车限速，预告信号灯头表示下一个信号机之后的闭塞区间的行车限速。不同的行车限速见下表，注意不同限速的主信号和预告信号是可以随意组合的，但是都会在一个连续的区间上体现速差序列的概念。

显示速度授权最大的优点在于，司机按照信号机的显示速度和预告速度控车，虽然牺牲了一定的控车自由度和追踪间隔(该类速度授权式信号机早期只有0、40和全速三个速度点)，但是在一个相对简单的多频感应式自停设备(PZB)的帮助下，就能轻易地将整个信号系统和控车的耦合设计成一个涵盖三种制动性能类别的导向安全的闭环控车模式。

PZB-90多频感应式自停装置的的控车曲线

然而，这种信号系统的缺点也是显著的。即若要实现接近一次的制动曲线，则必须完全保留臂板式信号机的特色，把闭塞区间拉长或是提升列车的制动性能；若要照顾多种制动性能的列车，提高追踪间隔，缩小闭塞长度的话，在车载计数器要搭载多种减速模式之外，也必然导致一个多段减速的制动曲线，还需要对原有的具有鲜明臂板信号系统特征的信号机进行大规模的改造，也没有最高地发挥出线路的潜力，还会导致列车多段减速的冲动。所以，DB在后来给繁忙通勤线和高速线、高密度客货混跑线设置信号和防护系统时，干脆取消了地面信号(在不设LZB读取轨道环缆机车混跑区段依旧设置地面信号，并设PZB)，直接用设置于轨道上的诱导环线电缆发展出LZB。

三、由色灯式信号演化成以速度授权为显示意义的铁路信号——以日本铁路为例

日本铁路的信号系统最早师承英国，也是表达线路信息。二战后，随着列车逐渐频密，冒进导致伤亡事故的增多，日本国有铁道开始给色灯信号赋予速度限制的意义。最后发展出ATS-P越权一段减速式列车防护和WS-ATC多段减速式地面信号列车防护两个大系统，两种防护逻辑最后各自发展成为一段减速ATC和模拟多段式ATC两种列车防护系统。

日本的做法，在于给原先只具有线路信息意义的信号显示赋予了速度授权的含义，并同时研发闭环控制的列车防护系统，从而实现从信号表示线路信息到表示速度授权的圆滑过渡。

由于继承原有的表示线路信息的信号，信号灯头只有主信号显示，除非并设中继信号，一般不像德国铁路并设预告下一个信号的显示。

该图引用自wikipedia，懒于制图实在抱歉

其中，停止信号授权速度为0km/h，警戒信号授权速度为25km/h，注意信号授权速度为45-50km/h，减速信号授权速度为65-70km/h，进行信号(在该系统没有高速进行信号时)授权速度为线路容许最高速度，高速进行信号则在运行速度高于130km/h时授权超过130km/h至160km/h的运行。

然而，日本的信号系统依旧保留着传统传递线路信息的信号系统的特色——即它依旧用多个灯头的灯列表示进站信号机、出站信号机的进路，也依旧用倒序的第X闭塞来给信号机标号。(这种命名方式在中国铁路中继承了下来) 不过，如果侧线的线路速度不足以达到减速或是进行信号的速度，其进站信号机的灯头则只会有黄红两个，如下图表示的进站信号机灯头，前往1道限速25km/h，前往4道限速40km/h，在开往一道时只会给出警戒信号，前往4道时只会给出注意信号。

为了节省空间，日本也有使用白色灯列或是数显表示进路的进出站信号机，这些信号机在设计上就不会允许开往一个低限速侧线的灯列表示时同时显示更高的信号速度，和英式表示进路信息的信号机有着本质的区别。

进右侧三线

后来，日本根据自己的实际情况，以两种不同的思路开发出了两种不同的列车防护系统。

其中ATS-P系列，允许司机在ATS-P正常运作时，超越信号机所显示的速度，由联动信号机的地上有源数字信标向列车传送信息，列车根据本车的制动性能生成一条制动曲线，直接生成圆滑到底的曲线限速制动曲线、圆滑到底的红灯信号的制动曲线。这种控车逻辑最后发展成为了取消地面信号，直接看车内信号行车的一次制动D-ATC。ATS-P的成本比较高(每一个闭塞信号机都要设置有源信标，每一个曲线都要设置无源信标，近年来也发展了无电源的可变信地上信标以降低成本)，不过防护系统控车圆滑的同时，司机依旧可以根据地面信号控车，同时保持效率、安全和司机的自由度，其唯一缺点是限速段的出口速度不受防护系统规管。

WS-ATC系列，则是严格遵守每一个信号机显示的速度授权，运用更简单的可听轨道电路或是地上有源模拟信标，达成多段减速式的防护。其优点是技术成熟可靠，价格相对便宜，但是多段制动冲动则较大。

这两种列车防护设备，都保证了繁忙线区的高行车密度，ATS-P主要用于既有客货混跑线，第二种以前主要用于大都市的地下铁路及通勤铁路线，WS-ATC最后也发展成为了车上信号的CS-ATC，提供一次制动的圆滑控制。

四、带有OSShD特色的线路信息显示信号——OSShD和中国铁路的例子

中国铁路的色灯信号，其实是带有OSShD特色的显示线路信息的信号，它带有一定的表示简易速度授权的特征(表现在给双黄和黄闪黄设置了道岔所对应的限速)，但是骨子里仍旧是第一次改新信号一直以来的带有浓厚满铁色彩的线路信息信号。其最显著的特征在于，双黄灯和英铁的侧线黄灯一样，不能够同时表示线路信息和限速信息(即，双黄灯或是黄闪黄的下一个信号表示是不是红灯的问题)

CR信号的基本图示，不同路局间绿黄灯的意义和码序有所区别

双黄灯机车信号的又来

OSShD的双灯头信号表示，其实继承了帝德铁路H系信号预告信号及主信号双灯头速度授权的意义，只不过预告信号移动到了上端，并简化了灯头设计；同样的，不同限速的主信号和预告信号是可以随意组合的，但是都会在一个连续的区间上体现速差序列的概念。

OSShD信号的显示意义

中国铁路信号虽然(也仅在进站信号机上)使用了和OSShD类似的灯头，但是表示的意义是截然不同的。它把源于满铁(最终溯源于英国)的臂板信号机、三显示色灯信号机的线路信息的表示模式强加在了OSShD式的灯头上，绝不可以和OSShD的信号相提并论。

后来，在引入UM71轨道电路和四显示信号机时，中国铁路又在既有的信号体系中加入了绿黄灯、黄闪黄的显示，机车信号也增加了黄2灯、黄闪黄，用于区分地面信号黄灯显示时下一信号为红灯还是双黄灯，部分控车设备甚至加入了绿黄2灯（三闭塞减速到零的速差绿黄）、黄3灯码的显示。不过，引入UM71时，全路的机车信号相当混乱。区间轨道电路有多频感应式、50Hz工频式、点式、国产移频式、国产极频式等等，虽说五提时多数老式四信息有绝缘轨道电路已拆除，六提后四年路内才统一了区间轨道电路UM71、UM2000、ZPW-2000几个轨道电路系统的低频信息，但是信号低频信息速差信号和进路信号混在，区段与区段间、路局之间信号意义不清晰的基本问题还是没有解决。

同时，JK-2，LKJ-93、2000的引入大大降低了路内超过曲线限速和冒进的几率，但是LKJ的车载线路数据终究是不可靠的，司机逐渐习惯于看LKJ开车、不注意瞭望又给普速铁路运行带来了新的隐患。

人见人爱的LKJ显示屏

在普速铁路普及CTCS-1时，应该尽快拨乱反正，厘清含混轨道电路的电码含义，将信号机的表示意义由线路信息转为速度授权，并将全路的固定信号机尽快往五显示甚至六显示发展。

五、可能的改造方向——往5、6显示的可越权式连续速差制控车发展

距离中国铁路上一次全路大规模改新信号已经有70年，即自铁道部建立以来只进行过一次改新信号，六次大提速在信号意义上基本上是对最早的满铁三显示色灯信号的修补和改进，将进路制信号改为“简易速差制”，“准速差制”，绿灯反而没有了速差含义。

法国在90年代向CR引入四显示后，三个闭塞减速到0的做法却没有推广，反而在四显示区段之间引起了含混。信号意义、制动力和咽喉通过能力是目前普速线运能的瓶颈。目前全路主流轨道电路有多达18个低频信号，完全可以对低频信号的意义进行整理和合理利用，配合普铁制动力提升，提升行车密度，缩短行车间隔。

一个可行的方法如下：

0、尽快提升普铁列车的制动性能，尽快给客车换装有可靠电空功能的F8三压力电空制动阀，减少空走时间，逐渐将速度高于120km/h小于等于160km/h的列车动分化，并使用电空联合数控直通制动，尽快给行车速度高于80km/h小于120km/h的货物列车、重载货物列车安装响应时间更低的改进型120阀，给时速高于120km/h的货物列车安装预留电空功能的高速货车制动阀，并将时速120km/h客车列车的紧急制动距离降低到600m，时速120km/h以上客车列车紧急制动距离降低到1200m，将80km/h普通货运列车的制动距离降低到800m，将120km/h和重载货运列车的制动距离降低到1000m；

0.1、将改进型12号道岔的侧开速度提升至50km/h，改进型18号道岔的侧开速度提升至90km/h

1、将全路干线自动闭塞区段的信号灯头改为六显示，亚干线自动闭塞区段的信号灯头改为五显示（下文详述）；

2、将轨道电路可靠化，机车信号主体化，改进轨道电路低频信息含义（下文详述），取消中高速行车段的闪烁信号，将准高速到低速段地面信号和机车信号的显示统一，以方便司机的视认；

3、由于轨道电路发码有了速差意义，普速铁路车站咽喉段的控速由轨道电路发码完成，以省略有源应答器的设置；

4、长大的繁忙咽喉区段的侧线设置第2、第3进站信号机，将咽喉切割为两段甚至三段，方便加密咽喉段的行车间隔；

5、在需要加密行车间隔的区段车站可恢复设置站线正线的闭塞信号机；

6、繁忙干线的曲线限速由地上无源应答器提供防护，并配合无源应答器信息形成一次制动曲线（即提供越过速差信号所显示速度的权力，即所谓越权行车），亚干线的曲线限速由速差信号、轨道电路发码提供防护；

7、将IC卡读写车载数据提供LKJ控车这个存在隐患的系统（事实上，胶济线事故后，车载数据和线路实际情况不符的情况依旧时有发生，有时甚至在添乘时发生）降级为车载数据提供行车提示和运行监控的设备，而非作为主要控车设备使用；

8、改进机车信号的显示，注重人因和使用友好度。

总的来讲，就是将繁忙普速铁路干线的信号系统升级为准CTCS-2级系统，唯一的不同是取消车站的有源应答器，用轨道电路的速度码防护侧线速度（可称之为C1+系统），其他普速铁路亚干线则完全使用阶梯制动的轨道电路电文控车（可称之为C1系统）。

信号灯和低频信息信息的改新如下，

改直线区间闭塞长度最小为300m，一般长度为300-400m，困难区间和有低黏着危险的区间为400-500m，车站咽喉第一进站信号机和侧线第二、第三、第四等进站信号机之间的距离则在100m以下。

列车的制动力分为四个等级：P级为正常情况下客车的制动力，PRB为低黏着情况下客车的制动力兼作高速货车的制动力，F为正常情况下普通货车的制动力，FRB为极端低黏着情况下所有货车的制动力兼做一般情况下长大编组重载货车(俗称万吨车)的制动力。

新的轨道电路码文统一如下，黄2、黄闪黄、黄2闪取消，以给更多级的速差信号提供预留，

在完全速差制信号下，双针速度表可以和机车信号机统一如下，

在C1+模式下，看双针速度表红针行车，速度码灯序不显示，

在C1模式下，P(客车)制动力级别的速度码灯序如下，

在C1模式下，PRB(客车减制)制动力级别的速度码灯序如下，

在C1模式下，F(货车)制动力级别的速度码灯序如下，

在C1模式下，FRB(货车减制)制动力级别的速度码灯序如下，

如上述这样一个系统，有以下几个优点，

1、每一个信号显示都分四级别制动力显示不同的授权速度，涵盖基本上全路所有制动力等级的车辆；

2、在C1区间内，货车、重车比客车、轻车相应地通过侧线和曲线的速度更慢些，符合线路对重载列车运行时的要求；

3、无需如一些使用GSM-R的方案一样整备RBC设备，直接随着车站站场的电码化完成CTCS-1的线路基础设施布置，成本较低；

4、取消了含混的速度码，如红黄码改为红码，红白码改变意义变为缓速码，红码改为冒进码，和地面信号统一；

5、同时增加的红黄闪灯低速码，在双红灯防护和单红灯防护中取舍，在缩短咽喉行车间隔的同时加强了冒进防护的可靠性；

6、容许信号亦给红码，必须由司机得到车站/列控中心确认后连续按压容许按钮动车，一松开容许按钮即以最大常用制动停车。

不过，其最大的缺点也源于其优点，由于轨道电路的电码有了速差制行车授权的意义，所以需要线路上的每一个站场、线路所都完成电码化整备，否则一旦掉码就会触发ATP非常制动。

六、总结

本短文先说明了“进路信息”信号和“速度授权”信号的区别，再引出CR目前信号意义陈旧的问题；不过，本文仅仅讲了普速铁路三个瓶颈中的一个，值得注意的是，要达到普速线提高追踪间隔、提质增效的效果，仅仅补这一个短板是不能解决问题的。信号意义、列车制动力、咽喉通过能力这三个问题是相互牵制相互影响的。如果不愿意在这三个方面同时花大力气，普速铁路的提质增效增能，再怎么讲也是画饼忽悠乘客。光是买几对新车代替旧车底，对彻底解决普速线运能不足问题，只是杯水车薪。