第八章国外高速铁路信号技术
第一节日本高速铁路信号技术
新干线自运营至今己 30多年，其间无任何人员伤亡事故，这是铁道运输史上的奇迹。 正是新干线的信号安全系统保证了这个奇迹的实现。
新干线的信号设备体系包括许多装置。其主要的设备有：①列车速度自动控制系统 （ATC）;②调度集中（CTC）;③信号装置；④联锁设备；⑤转辙设备；⑥其他。新干线的信 号安全设备构成概况见图 6—8—1。
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图6-国-1新干线的信号安全设备构成概况
在新干线30余年的历史中，有些设备随着新干线的建设而不断发展，如 ATC设备、
CFC设备、运行管理系统（COMTRAC）等，有些设备如轨道电路、转辙设备、联锁设备等无 多大改变。因此，下面重点介绍 ATC、CTC、COMTRAC等系统。
北陆新干线是日本最近建成的新干线。 在信号系统方面有些新的特点， 但详细资料尚未 发表，故将已收集到的资料对比作一介绍。
一、 ATC( 列车自动控制 )系统
1 ．新干线 ATC 系统概述
(1) 目的
为保证高速安全地行驶，列车必须与前方行驶的列车保持一定的距离以避免追尾事故。
为此， 基本方法是把线路以电气的方式分割成一定距离的区段， 每个区段内只允许一列列车
进入。 既有线路是在各区段的始端设置地面信号机， 司机对发出的信号予以确认， 并进行必
要的操作，以相应的速度进入该区段。
由于新干线以 270km／ h 高速行驶， 制动距离很长， 远远超出了地面信号机的目视距离。
另外， 在需要紧急制动时如果稍有犹豫就可能造成很大的影响。 因此像既有线那样， 靠司机
确认地而信号以后再进行制动的系统就存在许多问题。 不仅在接近先行列车时， 而且在车站
的停车和弯道，道岔等必须减速时，也会遇到相同的问题。
为了解决这些问题， 保证列车安全行驶， 新干线废弃了地面信号机而采用直接将信号显
示于驾驶台的车载信号方式，此信号也不用颜色表示，而是直接显示速度的数字。
(2) 功能
新干线列车控制系统是采用由 ATC(AutomaticTrain Control ：列车自动控制 )装置对列车
进行速度控制的方式。 如果列车的速度比信号显示的速度快时， 将会自动进行制动， 当列车
的速度降至信号要求的速度时， 制动就会自动缓解。 这是该系统的基本功能。 系统优先考虑
设备控制，对于发车，加速、时间调整及车站停车，即从 30km ／ h 到停车地点的停车操作
均是由司机来进行操纵。 在接近先行列车时的 ATC 动作及车站停车时的 ATC 动作如图 6— 8
— 2 和图 6— 8— 3 所示。
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Wy km/h
图6-8-2接近先行列车时的ATC动作
图6-8-3在车站停车时的ATC动作
在山阳新干线，ATC装置通过轨道电路将信号送到列车，列车接收到信号以后，将其 显示于驾驶台，270、230、170、120、70、30、0(在500系列车运行时，追加 300)等表示各 种速度，0为停车信号。270、230、170、30、0作为基本的速度等级使用。由于列车经常是 122270km/h的速度行车的，所以与先行列车之间的距离最少也要空出 3个ATC闭塞分区：
120、70用于弯道、岔道、施工现场等处的速度控制。随着列车列数的增加，有缩短行车时 间间隔的必要，因此把原来30km/h为信号的站内轨道电路分割成两部分， 采用了以70km
/h为信号进入站台中部的方法。
(3)构成
ATC装置如图6—8—4、图6—8—5所示，由地面和车上装置构成， 通过其相互结合来
发挥系统功能。
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图5-8-4 4TC系统构成
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ATC信号传输电规
轨道电路
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扇的控制装置
图6-2-5 ATC系统装置的功能
(4)ATC信号收发装置
ATC信号收发装置的基本功能如下所述：
①检测每段轨道电路内有无列车：
②了解有关其他轨道电路的信号；
③了解前方线路的线路条件、道岔的开通方向、联锁装置的动作状态；
④将这些结果及各轨道回路所要的信号发送出去。
作为发挥该功能的手段使用了 AF(Audio Frequency :音频)轨道电路。
AF轨道电路的长度为 ATC闭塞分区的1/2~1/3。之所以如此，是因为如果将 2. 5~3km 长白ATC进路区间作为一个轨道电路，由于信号在电路的途中衰减使信号接收电子降低， 会导致信号不能正确地传送到车上。
ATC信号电流按照30~270的各个信号，分配主信号 10~36Hz及副信号12~32Hz调制
频率，将主信号和副信号组合在一起分别调制到载波上，以载频的信号电流传送出去。
载波如表6 —8—1所示，在上行线和下行线分别配以不同的载频频率，以免相互干扰。
在同一条线上使用 2种不同的载波，相邻的轨道电路也使用不同的载波， 以防止轨道的绝缘
损坏事故。
表6 - 8 -】行车指示速度（km/h）和频率（Hz）
行率指示速度以m h1
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230
170
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主信号堀卷,小
10.0
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16.5
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12.0
12.0
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（5）超高速设备
在山阳新干线为了适应 300km/h的运行速度，用超高速试验车（500系）进彳T 350km/h 的行驶试验。ATC装置上也增加了 300、330、350的信号显示。但是这个增加的信号由脉 冲转发器对500系列进行识别，只在 500系列行驶时向地面 ATC装置发出允许超高速行车 的信息，只对500系列运行前方一定的区间发送 300、330、350的信号。
另外，有关列车的进路控制，根据得到的超高速许可信息， 比运营列车提前作出前进线
路构成的准备，见图 6—8—6。
图6-8-6列车进露控制流程图
2.新干线ATC系统特点
（1）采用电源同步单边带载频传送方式
新干线的牵引电流高达 1000A以上，它含有许多谐波分量 （如1000Hz左右的电流可达
20A）;考虑到轨道电路的不平衡 （5%）和车上接收的不平衡（5%）,地面和车上的干扰电流分 别可达0. 7A和1. 4A,采用一般方式的轨道电路难以满足 S/N的要求。电源同步足指所
用载频不是固定不变的，是随着电源频率变化而变化。例如，若采用电网 50Hz的20次阶
波为载频，当电源有± 0. 2Hz的变化时，载频则在 9967004Hz范围内变化，与电源频率 的变化保持同步。这种调制方式对以接触网高次谐波分量为主要成分的干扰源具有较强的抵 抗能力。分析表明，采用电源同步单边带载频传送方式， 其最大干扰量的允许值可达信号电
平的20-30倍（实际设计中按15倍考虑），即电源同步单边带载频传送方式具有很强的抗干扰 能力。
采用该方式的另一优点是展宽了信号可使用频率。不采用电源同步 SSB方式时，若载
频设为50Hz的20次谐波（1000Hz）,按电源± 1%考虑，则无高次谐波影响的频带为
1010~1039. 5Hzo考虑到信号频率和干扰频率之间保持一定间隔 （如10Hz）,则信号可使用
频率范围只有10Hz。而采用电源同步 SSB方式时，信号频率范围可达 30Hz,较上述增加了
2 倍，从而能稳定地传送 6 个以上的信号。
2 2） 确保安全的多种 ATC 停车信号
新干线ATC的停车信号有其独特的一面， 按其显示条件分为 01、02、03（在东北，上越
新干线增设了 02E）信号。当然车内信号的显示则是相同的。
01 停车信号与设于地面的 P 点控制相结合使用。 当列车接收到 30 信号， 并通过控制停
车用的 P 点后， ATC 车上信号由 30 变为停车信号 0l 。这样，有利于提高行车效率。
02 信号是一种无电流的停车信号。当列车进入到有车区间或轨道电路处落下状态时，
后续列车收不到信号而停车， 从而确保行车安全。 但以无电流方式作为停车信号存在着严重
的缺点， 即当列车在无电流区段若收到某速度段的干扰信号时， 极易产生错误动作， 因而以
后采用有电流的 02信号，为区分起见，有电流的 02信号以02E表示。02E信号通过轨道电
路传送，通常是在以下情况发送 02E信号：
操作列车防护开关时；
混线检测设备动作；
03 信号发生故障时。
03 信号是为防止列车冒进或越出到下一站而设置。它没置在进站进路终端或出站进路
始端或尽头线终端。 03 信号最初采用单频信号，后发现在采用谐振式接收感应器时，当失
谐的不平衡电流增大，车上有可能收到类似 03 信号的信息。为此，东北、上越新干线采用
非谐振式接收感应器， 03信号采用调制方式，以提高抗干扰性能。
3．新干线 ATC 设备的发展
新干线 ATC 设备已有 30 余年历史，它经历着不断改型、更新的各个发展阶段。 纵观其
发展过程，可以明显看出： ATC 设备是随着电子技术日新月异的发展而发展， ，它也随着新
于线的动车更换新型对 ATC 设备提出相应的更新要求而发展。
新干线 ATC 设备的发展大致可归纳为 3 个阶段：
第一阶段： ATC 设备的代表类型为 ATC— lA 和 ATC 一 1B 型。东海道新干线采用的是
ATC— lA 型，该设备是汇集了当时信号技术的精华，采用了当时的最新电子器件 （锗晶体管
等）。 山阳新干线 （冈山段 ）则使用了 ATC 一 1B 型。 它是根据 250km／ h 列车运行速度和列车
夜间运行的要求而研制的， 使用了当时最新的硅元器件。 现场统汁表明， 采用硅元器件的故
障率较使用错晶体管减少了一个数量级。 ATC-1A和ATC — 1B型均为电源同步 SSB单载
频方式。
第二阶段： ATC 没备的代表类型为 ATC— 1D 型。这是在建设东北、上越新干线时，根
据全国 （日本 ）新干线铁道网整备计划， 为实现 50Hz 电气化牵引的要求而研制的新型 ATC 设
备。它要求设备能获得众多的满足故障安全要求的信息，并要求有更高的可靠性和安全性，
及设备与既有新干线 ATC 设备有兼容性。 经过详细比较分析， 并结合 ATC 一 1A 和 ATC 一
1B型的运用经验，决定采用“电源同步单边带 （SSB）载频双频组合方式”即 ATC — 1D型。
1973 年 12 月，日本铁路将 ATC 一 1D 型地而设备作为全国新干线铁道 ATC 系统地面设备
的标准。以后，以 1974 年新大阪、品川事件为契机，进行了众多的调研，对标准进行了修
订，并于 1976 年 6 月 15 日公布实施。
ATC 一 1D 型设备采用了 TTL 电路和 IC 等 20 世纪 70 年代的电子技术。 实际的故障设
计表明， ATC 一 1D 型元器件的故障率较 ATC 一 1B 型又下降了 1 个数量级。这充分表明，
随着电子技术的发展， ATC 系统的可靠性得到了进一步的提高。 ATC 一 1D 型地面设备构成
框图见图 6— 8— 7。
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外部控制
中间*制区继电 等萧波发生器 ”
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发送柜
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接相邻信号楼
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电源柜
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图6-8-7 ATC—1D型地面设备构成框图
第三阶段：是以 ATC — 1C型、ATC — 1W型为代表，它仍以采用微电子 （ME）技术为 主要特点。
ATC — 1G型设备主要是用于1985年新开发的100系全新型新干线列车配套而研制的。 由于新型机车头部形状的变化 （变细长），又要保证原有的定员，因而司机室变得更小，这就
要求车载ATC设备实现小型化和轻量化。 采用微电子技术就能充分满足此要求。 ATC — 1G
型设备装载于100系列车，行驶于东海道、山阳新干线。
ATC — 1W型地面设备使用于山阳新干线。它是在山阳新干线的 ATC — 1B型和全国
新干线网ATC — 1型的基础上，又考虑到将来能满足 350km/h列车高速运行要求，并与
现有设备兼用而开发的。它是采用电源同步 SSB、双频组合方式来实现多显示的设备。 由于
采用了微处理器进行处理，实现了节能、高性能的目标。
此阶段的特点是在既有新干线 （山阳新干线）设备更新时；采用了微电子技术 （微机等），
而所用的CPU的功能也随着电子技术的飞速发展而不断提高，由 8位发展到16位、32位。
以下就有代表性的 ATC地面和车载设备类型（ATC—ID、ATC — 1G、ATC — 1W型）作 一介绍。
4 .新干线ATC设备主要类型介绍
（1）ATC — 1D型地而设备
ATC--1D型地面设备始用于东北、 上越新干线，今后将作为全国新干线铁路网的定型设 备。表6—8—2则是ATC—IA、ATC — 1B、ATC - 1D这3类设备的比较。
表6 - 8 - 2 ATC—1 A, IB, ID特性比较表
类
项
目
东海道
dj 阳
全国新干线
别
（1A 型）
（IB 型）
50Hz区间
60Hz区间
轨道电路形式
电源同步SSB式
电源同步SSB式
电源同步SSB双频方式
频
ACIOOV
ACIOOV
ACIOOV
ACIOOV
60Hz
48>
10.15,22.29,36.
41.5
刚信号
—
—
12,16.5.21，27,32,38.5
综
调制频率准确度
yt
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