中国铁路信号显示技术的回顾与展望

程 梁

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

铁路信号是对行车或调车人员发出指示运行条件的命令[1]1，包括以信号机、信号旗、信号标志等为代表的视觉信号和以鸣笛、响墩等为代表的听觉信号。在视觉信号中，信号机是主要的地面信号显示手段，早期曾采用臂板机构，以臂板的形状、位置表达信号含义；为在夜间也能具备良好的信号显示条件，逐渐以色灯机构取代臂板机构。色灯机构又分为探照式和透镜式两种，探照式因制造工艺问题停用，从而铁路信号广泛采用透镜式色灯信号机。对信号的表现形式、显示含义、使用方法等作出规范及约束，称之为信号显示制式。

建国以来，我国铁路信号显示制式经历深刻变化。1952年原铁道部统一全国铁路显示制式，摒弃原民国时期的选路制，采用速差制。之后几十年内，速差制的概念在不断深化，逐渐向着较为完整的速差制方向发展。第六次大提速以后，高速铁路采用CTCS-2及CTCS-3级列控系统，又出现速度制的信号显示制式，行车凭证亦由地面信号转为车载信号。

概括而言，在不同的发展时期，有着不同的列车速度、行车间隔等运营需求，以及适应这种运营需求的信号显示制式及显示方式。即使在同一时期，因为运营需求的差异性，不同信号显示制式及显示方式也通常是并存的。铁路信号显示技术正是围绕着如何有效解决在每一时期最严苛运营需求问题的基础上发展起来，如何选用合适的信号显示技术以适应复杂和多元化的运营需求,是摆在所有研究者面前的重要问题。有鉴于此，回顾了信号显示技术从地面向车载的发展历程，讨论了不同显示方式存在的问题，思忖了今后信号显示技术的发展方向。

1 地面信号显示技术研究

1.1 色灯信号机概述

色灯信号机是以灯光的颜色、数目及亮灯状态表达信号含义[2]。色灯颜色的选择，需达到显示明确、足够的辨识度及较远的显示距离要求。因红色的辨识度最高，能使司机在很远的地方看见光点即知晓为红色，从而把红色作为禁止信号；黄色的辨识度次之，作注意(缓行)信号；绿色又次之，作进行信号[3]；同时，沿用前苏联的做法[4]，将月白色、蓝色分别作为调车允许及禁止信号。

为使信号指令能被司机有效获知，信号机需要有足够的显示距离。从作业速度、运营场景要求等，对各类信号机的显示距离做出不同的要求。在机构上，色灯信号机分为高柱型和矮柱型，优先采用高柱型机构。信号机定位显示遵循“优先安全、兼顾效率”原则，对于行车安全有着重要作用的信号机，以显示停止信号为定位。

1.2 信号机类型的演变

信号机按作业性质特点分为列车与调车信号，基本的列车机构包括进、出站信号机。随着车站规模的增大、咽喉区变长或枢纽内转场作业的需要，又在进站信号机基础上衍生接车进路信号机，在出站信号机基础上衍生发车进路信号机。

在区间，采用空间间隔法，设置通过信号机以实现闭塞。当区间存在分歧道岔时，初期，曾在道岔前、后分别设置进、出站信号机予以防护，但列车并不在所间驻停，出站设置意义模糊。借鉴自线路交叉处为避免冲突所设置的防护信号机[5]概念，设置线路所通过信号机，采用了进站信号机的机构型式，同时兼有进站和出站的意义。

为指示驼峰内列车能否溜放，在驼峰推送部分设置驼峰信号机。初期，驼峰信号仅有按规定速度推送、减速推送和停车3种含义[6]122-124。随着驼峰的机械化程度提高，原7021图册重新定义驼峰信号机为四灯八显示的高柱信号机[7]，可指示以不同速度的推峰，并对推峰去向做出描述。

遮断、引导、容许信号应用于指定的场景。遮断信号是为防护外在的不受控因素(如道口、易塌方处)而设置的。引导信号常与接车信号机配套使用，在信号机关闭时允许限速通过，用以替代手执信号[8]。容许信号准许列车限速越过区间通过信号机并准备随时停车。

按信号机发挥的作用，又可分为主体信号和从属信号。从属信号本身不能独立存在，附属于某种主体信号，包括预告、接近和复示信号机等。预告信号机适用于非自闭区段、主体信号从无至有的情况，最初称之为远方信号机[9]，设置于主体信号机前方预告其显示。随着线路速度进一步提高，在非自动闭塞区段提速至160 km/h时设置接近信号机。

为弥补受地形、地物影响造成主体信号机达不到其自身规定的显示距离，设置复示信号机以重复主体信号显示，进站、出站、进路等都有其对应的复示信号机构。对于驼峰作业，因到达场线路较多，所处位置各有不同，而推送的调车车列并不利于瞭望信号，从而在到达场咽喉区适当地点设置驼峰复示信号机。后来，考虑驼峰复示信号机外形与一般复示信号机不同，且对于纵列式编组站，该信号机除复示驼峰信号机的显示，还可用于阻挡列车，故将其更名为驼峰辅助信号机[10]。在此基础上，当驼峰及其辅助信号机显示距离不足时，又对应设置其复示机构。

进路表示器是另一常见的从属信号，用于区别进路开通方向，也不能独立构成信号显示。

1.3 显示含义的演变与速差制的形成

信号显示的主要作用在于通过信号机给予指示，以期达到列车速度适应于线路、与前方障碍物保持安全距离或满足运营间隔[11]。信号显示体系重在预告，具体有两种方式，其一是相邻机构间灯位的预告，如前一机构的黄灯之于后一机构的红灯；其二是同一机构灯位间的预告，如引导机构，司机在较远处首先看见红灯，做好停车准备，在接近时再看见白灯后低速通过。采用速差制后，对于每一种灯位，在预告的基础上又赋予了速度含义。

对行车速度、运行间隔的要求促成进路制向速差制改革。最初，当线路运行速度低时，车速与道岔侧向限制速度之间的矛盾并不明显；线路速度提高后，车速与道岔侧向限制速度之间矛盾成为主要矛盾。因进站信号机是用于防护车站的，必须对进站的入口速度加以限制，从而设置双黄，以与黄区分进入正线还是到发线[6]7，后又更正黄为经道岔直向位置，双黄为经道岔侧向位置[12]。黄与双黄的区别，是速差制形成的首要标志。

在区间，对运输能力的要求促进了闭塞制式的变化，从半自动闭塞至自动闭塞，很长一段时间内，三显示闭塞制式为自动闭塞的主流制式。三显示的黄为注意信号，司机可越过黄灯就减速，也可越过黄灯一定时间后减速，减速时机由司机确定。列车提速后为满足客货混运需求，以四显示闭塞制式取代三显示闭塞制式。四显示的黄为限速信号，要求列车越过黄灯时必须减至规定速度。故三显示自动闭塞的灯位显示没有速度含义，唯有四显示自动闭塞才是速差制自动闭塞。四显示自闭的广泛应用，是速差制形成的次要标志。

在四显示线路上，区间通过信号机以“信号机群”的方式，前一架通过信号机作为后一架通过信号机的预告，指示出口速度。出站信号机亦作为区间第一架通过信号机的预告指示出口速度。通过信号机的不同灯位显示体现了闭塞分区的空闲程度，并隐含了直向进路的含义，而采用与通过信号机相同机构的出站信号机，针对自身所防护的发车进路，并不能区分直向或侧向进路，即出站信号机不能指示入口速度。为解决此问题，依靠出站前一架信号机的出口速度予以限制，从而进站信号机也需指示出口速度，以进站信号机的出口速度防护出站信号机的入口速度。即采用进站信号机(后扩展为接车信号机)同时指示入口速度与出口速度，采用出站信号机(后扩展为发车信号机)指示出口速度，这是速差制形成的又一标志。

改革后，大多数信号显示有其对应的速度含义，相邻信号机间距满足按不同级差限制速度间的制动距离设置。囿于站场条件限制，当速度级差下的制动距离超过相邻信号机间距而又无法移设主体信号时，只能采取降级或重复显示等方式，按特殊显示联系处理。

与此同时，信号机构也做出革新，如在预告信号机基础上应运而生的接近信号机。

1.4 机构的兼用分析

为提高机构使用效率，不同用途的信号机构可在一定程度上兼用，需结合机构特点、显示距离及显示含义等综合考虑。

(1)设于站内的列车信号机可通过附加灯位兼作调车使用，但进站信号机不能兼作调车，否则会造成站外调车。

(2)调车因其应用等级较低，一般不能兼作列车信号，在专用线入口或股道尽头，因车速相对较高、蓝灯的显示距离有限，为便于司机瞭望，提高辨识度可采用红灯替代[13]。例外地，驼峰辅助信号机作为一种特殊的调车机构设于到达场终端，可与带发车性质信号机复用，构成驼峰辅助兼出站信号机或驼峰辅助兼发车进路信号机。

(3)站内信号机构间可复用的情况较多，其中以出站兼发车进路信号机、接车进路兼发车进路信号机应用最为广泛。

接车进路兼出站信号机应基于接车信号机构建，但若完全采用接车进路机构，不能明确表达列车是否出站的意图；过去，曾尝试增设绿灯，通过双绿机构指示出站方向[14]，但这种机构规定出站方向为非自动闭塞方向，且双绿为进路制产物，与现行信号基本显示体系不符，现行规范已废止。

进站不能兼作接车进路信号机，否则，兼作接车进路信号机则表明该信号机的前一架信号机为进站信号机，而进站后未经出站又一次进站是不允许的。

(4)枢纽内因站型上的约束，有时需要区分进站和往第三区间方向，工程实践中有采用带表示器的进站兼线路所通过信号机。考虑同一机构的不同灯光原则上应有相同显示距离，表示器的显示距离不及主体信号，该机构能否进一步推广需慎重。

(5)出站可配置引导信号。现行规范对非自闭线路的出站做出调整，已具备引导着灯条件；自闭线路的出站则需改造传统的矮型机构。

(6)遮断信号独立于传统信号体系。在站内，进站、出站或进路信号机均可兼作遮断信号机[15]53；在区间，通过信号机因其红灯为容许信号，原则上不应与红灯为绝对信号的机构兼用，能否兼作遮断信号机存在一定争议。

1.5 灯光配列原则与机构的变化

为便于司机辨认、避免显示混乱并有利于机构兼用，信号机应有稳定、一致的机构外形。对于透镜式色灯机构而言，高柱有二灯位、三灯位、引导机构等，矮柱有二灯位、三灯位、五灯位、七灯位等。对于不同的机构类型，灯光配列方式是一致的，原则如下[16]。

(1)机构型式的统一性。如根据实际情况需减少灯位时，可以以空位停用方式处理。

(2)显示距离的一致性。如组成一种显示的两种灯光(引导除外)，应有同样的显示距离。

(3)具备良好的辨识性，并避免被误认为邻线信号。如组成一种显示的两种灯光，应在一条直线上，并至少有一个灯位的间隔距离；对以两个机构组成的矮型信号机，将最大限制位设置在靠近线路侧机构上。

(4)与机构类型的特点相匹配。如对于接车信号机，一般将黄灯配置于灯列的最上方；对于发车信号机，一般将绿灯配置于灯列的最上方。

信号机机构的构建原则如下。

(1)以信号机用途确定形成机构所需的灯位颜色及数目，遵循灯光配列原则，构建信号机机构的基本型式，并在此基础上衍生。常见的衍生方式如原列车机构增设调车灯位、出站信号机构设置双绿灯位，或根据工程运用实践做出改造，如重载铁路所衍生出的“红、黄、白”或“红、蓝、白”机构。

(2)按机构兼用的特点构建，如接车进路与进站信号机机构一致，发车进路与出站信号机机构一致。

(3)按同类信号显示一贯性原则构建，如通过信号机与出站信号机灯光配列方式一致。

现行地面信号的主要机构示意如表1[1]12-53所示。

表1 主要信号机构灯光配列示意

注:限于篇幅，列3仅列出高柱图例(No.22除外)。

过去曾在规范中提出并使用、后续因各种原因废止的信号机构，列举如表2[6]122-124，[17-19]所示。

在工程实践中，信号机构外形也逐渐形成其专有特点，如复示信号机为区别于主体信号，配置黑色的方形背板；接车信号机采用双机构加引导构成专门的信号机型式，用于区分始端速度。即信号机外形可从侧面体现机构类型。从这个角度而言，信号机外形构成了信号显示的另一组成部分。

1.6 局限性分析

目前的地面信号显示制度属于简化速差制，兼顾运行方向的区分[20]。随着速度提高与枢纽建设，简化速差制无法确切地指示全部运行条件。过去曾努力研究现行地面信号显示制式的改革，包括增设闪光信号、显示数目、组合特征，以及在此基础上的全速差制[21]，后未取得推广应用。另一方面，即使实现全速差制，其地面信号显示技术仍存在一定的局限性：

表2 典型废止机构举例示意

(1)信号显示往往达不到规定的显示距离。工程中受地形、地物、限界等影响由高型改设为矮型，变相地将显示距离要求由规定的不少于1 000 m缩减至200 m；在主体信号机不符合规定显示距离时，不是所有的机构可设置复示机构，如通过信号机需通过移设满足显示要求；有时，机构即使设置复示也未起作用，如股道末端阻挡列车运行的调车信号机。

(2)若仅依托地面信号，尚无有效的红灯冒进防护措施。

(3)人(司机)是信号显示的接收者。当运输要求提高后，更高速度影响人的辨识力和判断力，更高密度的追踪需求造成闭塞分区及前、后列车间距缩短，增加人的操作负担和心理压力，最终影响信号显示系统的执行力。

工程实践表明，传统的地面信号显示系统一般适用于速度≤160 km/h、区间追踪间隔≥6 min的固定闭塞线路。当运输要求提高后，应采取其他更为适宜的方式传递行车命令，发展车载信号显示技术就显得尤为必要。

2 车载信号显示技术研究

2.1 车载设备发展概述

车载设备经历了机车信号、自动停车装置(ZTL)、列车超速防护装置(ATP)等阶段。我国自1957年开始研究机车信号，包括点式、连续式及接近连续式。因历史原因，在不同线路内存在不同制式的自动闭塞，而机车信号需与对应的自动闭塞制式配套，相互之间不能兼容使用[22]，同时，车上未配置ZTL或虽配置ZTL未充分利用[23]，从而在很长一段时间内，机车信号发展缓慢。20世纪80年代，ZTL在全路获得广泛运用，与机车信号结合，构成初步意义上的列控系统。九十年代，随着电子技术和计算机技术的应用，又在ZTL的基础上发展列车运行监控装置(LKJ)。为解决交流计数、脉冲、移频等轨道电路编码制式的兼容性问题，原铁道部对机车低频信息进行统一定义与分配，LKJ结合机车信号成为普速铁路车载标准配置。2004年，原铁道部发布CTCS技术规范总则，规定我国的列控系统分为CTCS0～4等级。其中CTCS-0级车载设备配置LKJ及机车信号，以地面信号为行车凭证，应用于既有线；CTCS-2级及以上车载设备配置ATP，以车载信号为行车凭证，应用于提速干线、城际或高速新线。

2.2 车载信号显示内容

车载信号显示是从列车上发布信号显示指令的方式。至于这种显示“指令”对于行车指导的作用，需视车载设备配置及列控系统等级而定。当列控应用等级较低时，车载信号是一种辅助显示方式，在气候、地形等条件较差情形下，有助于改善司机瞭望条件；当列控应用等级较高时，车载信号是一种主体显示方式。

列控系统基于距离计算车载模式曲线，当判断列车可能超速或冒进时，控制列车停车。最初，车载采用分级速度模式曲线，由于其在制动安全和运输效率上的缺陷，后更改为采用一次制动模式曲线。该模式曲线的应用，标志着车载信号的显示制式为速度制。

从显示内容上，车载信号显示包括速度信息、线路信息、驾驶辅助信息等。速度信息是其核心显示内容，包括列车运行当前速度、报警速度和限制速度等；速度是距离的另类体现，反映了列车距移动授权终点不同距离所不得突破的最高速率。线路信息包括线路坡度、桥梁、隧道、道口、分相等，驾驶辅助信息包括车载设备模式、监控信息等。

从显示形式上，车载信号包括机车信号显示和车载ATP信号显示两种显示方式。当车载配置机车信号机或LKJ时，车载采取机车信号显示方式，采用8个灯位或屏幕显示器，可以给出11种灯光显示，并以模式曲线的图形方式给出速度显示。当车载配置ATP时，主要通过人机界面单元(DMI)给出指针式的速度显示，同时给出包含15种灯光显示的机车信号显示。

2.3 车载与地面信号显示的关系

列车行车凭证具有唯一性。在以地面信号为行车凭证线路，地车间为主辅关系，地为主，车为辅。过去，曾要求车载信号与地面信号显示相符，后更改为显示含义相符[24]。“显示含义相符”使得车载信号显示能够弥补地面信号显示内容的不足，较地面信号能更明确的表达速度含义。如对于侧线发车，地面信号显示绿、绿黄或双绿，而车载信号显示为UU或UUS。另一方面，车载信号不能逾越地面信号的显示内容，但可在地面信号显示的基础上提供更为丰富的显示内涵。如对于“按规定速度运行”的指示，地面信号显示为绿灯，车载信号显示为L灯，并通过速度等级SD信号区分L/L2/L3情形。

在以车载信号为行车凭证线路，车地间为主备关系，车为主，地为备。

在以车载信号为行车凭证线路与以地面信号为行车凭证线路衔接时，应考虑衔接站的信号机设置、机构选择及信号显示方式的兼容性[25]，信号显示方式应符合衔接站列车运行行车凭证的要求[15]15。该情况下信号机设置及其显示为综合性课题，应努力提高非动车组列车或动车组列车车载设备故障时的行车安全，尽可能优化衔接站、联络线信号机布置以满足运营需求，并有利于改善衔接站信号改造工程条件[26]。

2.4 对地面信号机构的影响

对于以车载信号为行车凭证线路，车载普遍采用一次制动曲线后，地面信号的灯位限速含义就显得不那么必要，从而仅保留少量的地面信号机，用以车载故障后的切换。正线车站列车信号机常态一般设计为灭灯状态，当因故人工点亮时，转为站间闭塞方式行车，闭塞方式的简化使得地面信号机构予以进一步简化；为提高转点灯后的作业效率，车站普遍具备发车引导进路功能，出站信号机具备引导着灯条件；受限界、运营场景等要求，部分机构也做出了适应性改造。对于常态灭灯线路，地面信号机构受到的影响如表3[15]85-95所示。

2.5 局限性分析

不同等级的列控系统有其不同的信息传输方式、组成及特点。在不同传输方式下，列控系统获得基础信息的粒度不同，其控车策略存在区别，车载信号显示内容也不尽相同。一般而言，列控系统的等级越高，如CTCS-3级系统，对列车的控制越精细，车载信号显示技术越完善；反之，对列车的控制越粗放，如CTCS-0、2级系统，车载信号显示技术相对不足或存在缺陷。

CTCS-0级系统因系统自身的安全性不足，造成其车载信号显示制式的协助地位。

CTCS-2级系统根据轨道电路低频编码信息传递移动授权，基于码序生成控车曲线。统一的轨道电路编码信息包括H～L5等若干低频信息编码，每一种低频码有其规定的允许速度，一组低频信息的编码序列称之为码序。码序是从车载层面表达信号显示含义的方式，在实践运用中存在如下局限性。

表3 常态灭灯线路对地面信号机构的影响

(1)码序间逻辑关系并不唯一，LU码前方可为U、U2或U2S码，U码前方可为HU或HB码，UU或UUS码前方可为任意编码，这种不唯一性造成车载信号显示的“盲点”，导致控车曲线按最不利策略计算，影响效率。

(2)对于同一类限制因素采取不同措施，不利于码序作为一个体系的建设、维护。如对于道岔侧向限速，对于9、12号道岔，设置UU码；对于18号道岔，设置UUS码；而对于18号以上道岔，则通过应答器组点式传递。

(3)码序的控制精度不足。如当进路内、接近或离去区段存在局部临时限速，可能导致码序降级，变相地造成全进路限速，影响效率。

概括地说，码序是地面信号显示速差制的延续，当地面信号机间因距离原因降级或重复显示时，码序相应地降级或重复显示，即码序隐含对距离的要求。CTCS-2级系统通过L4～HU码序形成一次制动曲线，采用准移动闭塞制式，本质上是一种七显示自动闭塞。地面固定闭塞分区的划分不合理时，即使采用CTCS-2级车载信号控车，运输能力和追踪效率亦受到影响。融合了速度制(一次制动曲线)与速差制(码序)因素的CTCS-2级系统，虽以车载信号为行车凭证，不能摆脱地面显示在信号机布置上的桎梏。

3 信号显示技术的发展分析

信号显示技术经历了地面和车载信号显示两个发展阶段。列车速度的提高，引起地面信号显示制式由进路制向速差制转化，并随着工程实践，速度含义在逐步深化、完善；对行车间隔的追求，引起闭塞制式由半自动向自动站间闭塞、自动闭塞过渡，要求机构提供充足显示数目给予分级速度限制。列车机构可笼统分为接车(或类接车)机构和发车(或类发车)机构，前者包括进站、接车进路、线路所通过、遮断等，用以表述安全，后者包括出站、发车进路、区间一般通过等，用以表述效率。通过两类机构的搭配使用，使得列车在运行安全和效率间达到平衡。

对列车追踪效率的要求越高，地面信号显示系统配置越复杂，最终达到地面显示方式的应用天花板。为实现更高速度、更小间隔，要求列车以车载信号为行车凭证，采用车载信号显示方式。分级速度模式曲线向一次制动模式曲线的过渡，是车载形式上速差制向速度制的转变。为适应愈加复杂的运营要求，需要采取更高等级的列控系统控制列车运行，也要求更为细致的车载显示内容及显示精度。

地面信号与车载信号显示技术的整体发展脉络如图1[27-28]所示。

图1 信号显示技术的发展脉络

从更高的角度来看，信号显示的核心是如何使用各种方法在轨道上对列车通行权进行合理有效的分配和指示，解决列车追尾、出轨或通过冲突区域时可能发生的迎面敌对问题。在地面信号显示阶段，信号显示侧重于“指令”，人是信号显示的受体，根据信号机显示对列车进行控制；在车载信号显示阶段，由车载设备对列车进行控制，信号显示侧重于“表述”，体现速度与距离的关系、列控系统的控车意图、策略及效果。

今后几十年内，发展性能更为卓越的列控系统是重要的研究方向。列控系统将越来越依赖于无线通信的实时性和可靠性，以车载信号为行车凭证也将进一步推广。针对信号显示技术的发展将围绕以下几个方面展开。

(1)研究不同等级线路统一采用以车载信号为行车凭证的可行性。对于较低等级线路、较高等级线路的动车运用所等，随着轨旁设施及车载设备的升级改造，逐步采取以车载信号替代地面信号的方式。

(2)进一步提高列控系统的安全性、可靠性，研究高等级线路降级模式下地面信号显示方式进一步简化的措施。

(3)对于目前主流应用的CTCS-2系统，进一步研究该系统低频编码信息的扩展方案，丰富码序含义以优化控车曲线。

(4)高铁ATO技术的发展将促使车载信号显示内容和显示方式多元化，并更具交互性。

4 信号显示技术的展望

4.1 CTCS-1级系统信号显示技术展望

CTCS-1级列控系统适用于新建及既有160 km/h及以下的普速线路，它克服了传统CTCS-0级系统存在列车不能可靠定位、列车控制过程中司机干预较多等缺点，很大程度上提高了铁路运输安全服务水平。

目前CTCS-1级列控系统尚处于仿真验证与样机开发阶段，存在多种设计方案；其中最具可实施性的设计方案为设置区域列控数据中心(RDC)，仅在车站范围内采用GSM-R无线传输进路、线路基础及临时限速数据等[29-31]。相对于CTCS-2级列控系统而言，以“RDC+无线”方式取代列控中心，简化了轨旁设备，移动授权仍由轨道电路提供。系统整体满足SIL4级要求，行车凭证以车载显示为主，地面显示为辅。即配置CTCS-1级车载设备列车以车载信号为行车凭证，车载或无线故障后改以地面信号显示为行车凭证。

对于新建CTCS-1级线路，正线车站信号机宜按常态灭灯设计，区间宜不设通过信号机，动车段、所宜按常态点灯设计。对于既有CTCS-0级改造为CTCS-1级线路，宜维持原地面信号机设置，信号机按常态点灯设计。CTCS-1级列车运行时遇车地显示不一致时，宜分情况研究。如对于地面信号机允许信号灯丝断丝造成的不一致，建议维持车载信号为行车凭证；对于地面显示红灯、灯光熄灭、显示不明或显示错误，而车载显示允许信号，建议统一按停车信号处理。

4.2 CTCS-4级系统信号显示技术展望

CTCS-4级列控系统适用于350 km/h以上线路或特种线路(如低密度线路)，相对于CTCS-3级列控系统，列控系统的整体性能有了很大提升，轨旁设备更为简化，采用移动闭塞制式。系统采用卫星定位技术实现车载定位、完整性检查及轨道占用检查，基本不设轨道电路[32]。配置CTCS-4级车载设备列车以车载信号为行车凭证，车载能提供额外的显示内容，除本车速度、位置、距前车距离外，还可显示前、后相邻列车的速度、位置、加速度等。

配置CTCS-3级车载设备列车需对其车载设备进行适应性扩展，增加完整性检查及卫星定位等功能实现跨CTCS-4线路运行[33]。CTCS-2级及以下等级车载设备列车则无法直接驶入CTCS-4线路[34]。

在CTCS-2或CTCS-3线路车载或列控设备故障后，可最终降级至CTCS-0级列控系统，区间采用站间闭塞，站内通过联锁保障行车安全。而对于CTCS-4线路，因CTCS-4系统不设轨道电路，应重新研究其降级处理方案，如当车载设备故障或车地通信故障时，可设置预留的人工进路，将故障列车移出特定区域，或运行至指定区域[35]。考虑信号机、转辙机、轨道电路共同构成了传统意义上的联锁关系，在上述故障发生后，列车可能已无法定位，在没有轨道电路的情况下，设置地面信号机已意义不大。有鉴于此，建议CTCS-4正线线路不设置地面信号机。

4.3 高铁ATO系统信号显示技术展望

根据珠三角城际莞惠、佛肇线的运营经验及京沈、京张高铁的试验研究成果，传统CTCS系统引入ATO技术后，能够实现有司机监控自动驾驶(GoA2)程度的列车控制[36]。车载显示内容和ATO覆盖范围、运营场景、运营模式等有关，不仅能显示包括实时运行计划、列车停稳判定、站台门侧信息、站台门与车门的联动信息、倒计时发车时间等ATO控车相关内容，还能显示如动车前后方路况监视、旅客上下车监视、车辆火灾及应急反应监视等综合监控内容。即车载显示已经不局限于传统信号显示所指的保障行车安全范畴，具有集成性和交互性特点。

5 结语

我国幅员辽阔，地区经济发展水平的差别及运输需求的不一致，形成了不同速度等级和不同运输性质的普速铁路、客货共线铁路、重载铁路、高速铁路、城际铁路等并存的局面[15]99。铁路信号终究是为运输系统服务，多样化的运输需求，使得地面信号与车载信号，不同信号显示制式及不同的信号显示方式，在今后一段时间内，仍将是长期并存的。

目前我国地面信号显示体系的显示逻辑严谨，但显示关系相对复杂，因历史原因，也仍存在一些不尽合理的显示方式。未来的地面信号显示体系将会采用更为严苛的手段保障列车运行安全。比如，CTCS-0级线路正在全力推广符合SIL4级要求的LKJ-15的应用，该系统将有效辅助司机操控列车，实现列车运行超速防护功能[37]。

另一方面，以车载信号替代地面信号、实现车载信号主体化，依然是今后铁路信号显示技术发展的大趋势。

随着列控系统的智能化、信息化和自动化程度提高，传统意义上的有司机监督下车载信号控车在向有司机监督下车载自动驾驶列车，乃至无司机监督下车载自动驾驶列车的方向发展。信号角色的变化，将导致车载显示内容为信号、综合监控、视频监视、乘客信息、广播、站台门等多专业系统深度集成[38]，构成广泛意义上的综合行车控制与显示。

从信号控制策略而言，传统的信号指令均要求列车必须在前车尾部或相关障碍物前适当距离停车，在此基础上创立铁路信号显示体系。未来以车载设备为中心，基于车车通信的列控系统是下一代列控系统的重要发展方向，信号指令可能会颠覆已有的安全距离保持方式：届时，只要后行列车速度不高于前车速度及其他限制速度，即认为行车安全；联锁的进路控制功能也将转移至车载[39]，由车载对线路资源做合理分配和授权，传统的由信号机衍生而来的进路概念不再保留[40]，地面层面上的信号机及车载层面上的虚拟信号机不再有设置的必要。这种思路的转变，将在未来深刻影响铁路信号的显示含义。