闭塞行车制度的产生和发展

不同于汽车，火车的钢轮以及钢轨间的摩擦力比较小，需要较长的刹车距离，司机无法靠目视前车距离方式来刹车。当列车运行途中发现前方线路有危险状况时，大多数情况下都是来不及停车的。所以必须设计特别的制度来确保列车行车安全距离，于是有了闭塞行车制度。

闭塞行车制度源自于闭塞区间，我们把列车行驶的路线也就是铁轨，“切”成若干个区间，每个区间有一辆车。每个区间是一辆车的刹车距离。

如下图所示，信号机显示红灯表示该区间有车，下一个信号机显示黄灯表示前面的区间有车，下一辆车在该区间内需要减速；再下一个信号机显示绿灯表示前面区间没有车，可以全速行驶，就是所说的双红灯防护。

那列车如何侦测列车在轨道上的位置呢，最简单的方式是轨道电路，我们给轨道通电，因为铁轨是导电的，那么它在区间内会形成一个回路，如下图所示。

如果轨道上有车的时候，由于火车车轴导电，所以说这个回路会被短路，因为短路，我们就知道这个地方有车，如下图所示。

随着科技进步和社会发展需要，我们一直想要缩短行车间距，提升轨道利用效率，提升行驶流畅度。因此出现了车载信号系统（我们把传统的轨旁信号显示方式搬到了车上，把信号机移除）、音频轨道电路等新式列车侦测方法和连续式ATP系统。

ATP子系统是对列车运行自动实施列车追踪间隔和超速防护控制技术的总称，是ATC系统的安全核。ATP控制距方式分目标速度制式和目标距离制式，目标速度制式的ATP是现行列车后方第几格的闭塞区间就有若干相应的限速。

目标距离制式的ATP就是我们把列车的刹车方式变成一个比较正常的刹车曲线，在现行列车后方安全距离后开始计算列车该有的刹车曲线。然后在换算它在每个闭塞区间该有的刹车曲线，例如下图所示。

前文所描述的东西不管是双红灯防护，还是速度、距离码式都是以固定闭塞和准移动闭塞为例子，但未能突破固定闭塞局限性，这样的制度还是会产生问题。

例如下图所示，先行列车虽然快要离开2号闭塞区间了，可仍然在2号区间当中，再这样情况下，轨道侦测还会把先行车辆视为还在2号区间当中，后续列车就必须根据这样的结果来进行速度的限制会造成距离上的容量浪费。

传统固定闭塞制式下，系统无法知道前行车辆在分区内的具体位置，因此列车制动的起点和终点总在某一分区的边界。为充分保证列车安全，必须在两列车之间增加一个防护区段，这使得列车间安全间隔较大，影响到线路使用效率。

尤其在城市铁路这种列车通过频率高，相比传统铁路所需要的行车间距更短的情况。为了提高运行效率，以前车车尾为基准来保留安全距离的移动闭塞应运而生。

移动闭塞通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信,控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离。列车的长度加上这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离，便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进，这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。

移动闭塞的线路取消了物理层次上的分区划分,而是将线路分成了若干个通过数据库预先定义的线路单元,每个单元长度为几米到十几米之间,移动闭塞分区即由一定数量的单元组成,单元的数目可随着列车的速度和位置而变化,分区的长度也是动态变化的。线路单元以数字地图的矢量表示。线路拓扑结构的示意图由一系列的节点和边线表示。任何轨道的分叉、汇合、走行方向的变更以及线路的尽头等位置均由节点(Node)表示,任何连接两个节点的线路称为边线。每一条边线有一个从起始节点至终止节点的默认运行方向。一条边线上的任何一点均由它与起点的距离表示,称为偏移。因此所有线路上的位置均可由矢量来定义,且标识是唯一的。

移动闭塞系统中列车和轨旁设备必须保持连续的双向通信。列车不间断向轨旁控制器传输其标识、位置、方向和速度,轨旁控制器根据来自列车的信息计算、确定列车的安全行车间隔,并将相关信息(如先行列车位置,移动授权等)传递给列车,控制列车运行。

早期的移动闭塞系统是通过在轨间布置感应环线来定位列车和实现车载计算机(VOBC)与车辆控制中心(VCC)之间的连续通信。现今,大多数先进的移动闭塞系统已采用无线通信系统实现各子系统间的通信。在采用轨旁基站的无线通信系统中,系统一般考虑%的无线信号冗余率进行基站布置,以消除在某个基站故障时可能出现的信号盲区。

总的来说，从固定闭塞发展到移动闭塞的历程，就是我们在保证最大的行车安全前提下不断地缩短行车安全距离的努力，不断地提高列车的运行效率。

文中所说的移动闭塞技术，需要连续式双向车—地通信，我们把这种技术称为基于通信的列车控制系统，也就是CBTC。这是当前城市轨道交通信号发展的最新技术，也是其未来发展的最主要方向。