中國LKJ-2000+機車信號的運行安保系統和日本ATS-P系統、德國PZB-90系統有何差異？
中國LKJ-2000+機車信號的運行安保系統和日本ATS-P系統、德國PZB-90系統有何差異？
LKJ是怎樣監測列車位置的？輪對轉數？這樣會不會有誤差？還是像國外系統有地面信標？三種系統的線路速度和信號速度的超速防護有何種區別？
呃，說好要寫一個答案，要填坑了。
@廣鐵小豆豆 和 @肉唐僧 的答案講述 LKJ 已經很清晰很完整了。我就隨便說說再補充一下。
LKJ本身是有缺陷的，原因是列車的固定限速和臨時限速是記錄在司機的IC卡上，而IC卡是電務人手輸入數據的，這無法避免不會出錯，只能靠多次人工複核，但也無法保證完全不出現錯誤。尤其是列車發車後，前方遇到線路故障或事故需要臨時限速，這時候司機的IC卡並沒有存儲最新的臨時限速信息，就存在了超速危險。
因此當年的鐵道部也意識到LKJ的安全性問題，因此開始做了不少試驗：
- LKJ-05標準開始，車載設備已經安裝了GSM-R和WiFi一體化天線用於實時發送列車運行狀況到路局的鐵路，也安裝了BTM天線用於讀取地面應答器。同時在秦沈客運專線的客運車站開展TVM-430地面有源應答器試驗，以及2011年在京哈、京承、豐沙的線路區間進行無源應答器試驗。但最終沒有大規模推廣，具體原因不明。
- 類似朔黃鐵路鐵路的思路，在鐵路沿線鋪設LTE-R專網，同時改造機車駕駛室增加LTE-R接收設備。集中調度中心的調度員可以直接通過LTE-R發送LKJ臨時限速指令，由司機確認後更新到車載計算機。機車按照新的限速指令進行牽引。
- 還有一個做法是在鋪設軌道電路的自動閉塞鐵路，控制中心臨時修改軌道電路的限速碼，讓機車自行生成制動和限速行駛曲線。但這種只能在出現重大災害和事故時才能使用，否則會太影響運輸效率。
最終因為各種原因，以上增強LKJ安全性可靠性的措施並沒有推廣起來。我想最重要的原因是成本吧。增加一條線路的裝備不難，難的是大規模批量裝備。要知道很多半自動閉塞的單線鐵路，連軌道電路都沒有。
很多人會想，既然CTCS-2那麼先進，直接用CTCS-2，尤其是2007年六提的時候，幾條既有線幹線為了增開和諧號動車組，曾經也安裝了CTCS-2的地面設備。具體原因可以參考這個問題：近幾年內LKJ的列車控制方式能被ATP方式取代嗎？ 除了車載設備的造價差別以外，地面設備、線路防護和給排水也有更高的要求，這可不是一個小數目。似乎CTCS-2車載設備也不太支持非固定編組的列車使用，駕駛台的DMI列車長度選項只有8輛編組和16輛編組可選。
因此CTCS-1被重新拿出來研究規劃。新的CTCS-1方案是使用線路區間鋪設的無源應答器提供線路固定信息，使用軌道電路實現列車佔用檢查和向列車發送行駛授權。而在車站附近增設GSM-R設備，用於向列車發送最新的區間臨時限速信息。那麼司機就不需要攜帶IC卡值乘，同時行車信息以地面信號為主，避免LKJ的安全缺陷。
不過明明LKJ車載設備就有GSM-R和WiFi天線，現在就不能用GSM-R分組域（GPRS）更新臨時限速數據？況且機車停車換司機值乘，也有足夠時間給機車更新臨時限速信息，車站安裝一個WiFi發射天線又不難。就是不明白為什麼還要守著司機的IC卡。
說完中國的，就說說日本。
ATS-S會在信號燈前600米設置地面應答器，應答器會發出兩種頻率的信號，一種是103/105KHz表示全速通過，另外一種130Hz表示制動警報。後來改進版本的ATS-Sx的地面應答器增加了幾種頻率的訊號，用於列車立即減速和提示車載設備計時測速。不同JR和私鐵的ATS-Sx會略有不同。如果司機在列車收到制動提醒後5秒沒有響應，那麼列車就會開始自動制動減速。但司機確認收到制動提醒後，是可以忽略減速提醒繼續保持速度或者加速。2005年JR西日本福知山事故就是這個原因趕點導致列車超速出軌。
ATS-P在信號燈前600米設置若干個有源地面應答器，根據應答器發出的信號開始讓列車生成一次連續目標距離曲線並強制限速，列車向前行駛經過應答器會不斷降低就限速，在信號燈前減速到18KM/h就會轉回給司機人工操作。ATS-P車載設備引入速度發電機實時檢測列車的行駛速度。
在行車密度低的線路，JR會使用ATS-PN降低成本。ATS-PN和ATS-P的區別在於使用不需要外部電源的無源應答器替換有源應答器。這樣可以減少編碼器和光電傳輸設備，車載設備也可以簡化降低成本。ATS-PN的無源應答器和ETCS/CTCS無源應答器的原理類似。列車行駛時會車底會向地面不斷發出磁場，磁場會激活無源應答器上面的線圈對應答器充電，然後無源應答器的天線會向列車發送固定信息。
一般來說JR在來線的站間都距很短，尤其是都會區的通勤鐵路，兩站之間只有兩三公里。所以在線路區間的中間某個曲線位置增加ATS-P的信號燈，差不多相當於是整個區間都布滿了地面應答器，安全性已經相當高。但是在一些長區間，列車通過了前一個信號燈，又沒有到下一個信號燈前的600米範圍，司機還是可以想怎樣開就怎樣開，想開多快就開多快，這隻能靠司機遵守點單和路書的程度了。當然絕大多數的司機會遵守規則。每一次列車停站時，司機都會在駕駛台查看路書上下一個區間的行駛信息。補充：ATS-P的制動曲線，是按照列車最高限速越過限速應答器5秒後的情況生成的。
最新一代的ATS-D系統，就在ATS-P的基礎上增加線路資料庫系統，記錄線路數據和固定限速。利用車載速度發電機計算車速，計算出列車行駛公里數，從而實現列車定位。然後通過車載資料庫的固定限速信息，實時檢查列車有沒有超速行駛。
在一些在來線的繁忙幹線以及都市圈通勤鐵路，JR會給這些線路裝備ATC系統。特別指出的是，日本語境下的ATC相當於歐洲鐵路體系下的ATP。日本在來線現有的ATC，大多是1964年東海道新幹線ATC的衍生和改進產物。使用軌道電路檢測閉塞區間佔用和向列車傳送限速碼，利用速度發電機連續檢測列車速度，車載設備根據車速自動實施制動和緩解動作。既然是1964年留下來的產物，制動曲線當然還是速度碼階梯控制的方式。
到了21世紀，鐵路客運需求越來越大，模擬式ATC無法滿足需要。新的數字式ATC被引入新幹線和在來線。D-ATC和DS-ATC還是准移動閉塞系統，不過距離移動閉塞已經十分接近了。很多資料說新幹線的數字ATC系統（DS-ATC、ATC-NS和KS-ATC）是利用軌道電路實現地面設備向列車單向發送列控信息。實際上新幹線沿線鋪設漏纜提供9.6kbps的傳輸速率，實現車地間雙向通信。D-ATC和DS-ATC有一個車載資料庫記錄了線路的固定限速、坡度和分相點等信息，而臨時限速則是要通過漏纜和閉塞區間行車授權由控制中心發送給列車。其實CTCS-3的GSM-R也只是使用了CSD（電路域）4.8kbps來傳輸實時列控信息，非實時信息才會使用更高帶寬的PSD（分組域）傳輸。
在D-ATC/DS-ATC裡面，軌道電路只用來檢測列車的閉塞區間佔用。按JR東日本研發人員的說法，軌道電路只需要保留車站區域內的部分，跟車站內的地面應答器一起用於列車定位和校正列車行駛距離。線路區間的軌道電路是可以取消的。列車行駛中的定位可以使用車載速度發電機連續記錄列車速度，和列車的行駛時間做一個積分運算得出行駛距離，從而確定列車的實時定位並通過漏纜實時向控制中心報告。列車也可以通過漏纜獲取前方列車的位置（佔用的閉塞區間），從而自動制定速度控制曲線實施制動和緩解動作。不過東海道和山陽新幹線還是需要保留軌道電路，因為它們保留ATC-1作為ATC-NS故障時的後備系統。而JR東海管轄的新幹線則使用基於無線通信的RS-ATC作為後備系統。九州新幹線開通較晚，KS-ATC似乎沒什麼歷史包袱。
更進一步的是，JR東日本早在1995年開始研發移動閉塞的ATACS，這是相當於ETCS-3標準的列控系統。列車還是自帶線路資料庫記錄固定限速和線路信息，依然使用速度發電機測速測距和定位。但線路取消了軌道電路，改用TDMA無線傳輸方式實現車地雙向通信，最高9.6kbps的傳輸速度。不過性能上還是有所取捨。TDMA基站每一秒向列車發送一次最新的限速信息和前方列車距離。而列車則是每一秒向TDMA基站發送一次列車位置和車速。列車根據從TDMA基站獲取的前車位置生成一次連續的目標距離制動曲線保證安全。說來有點諷刺的是，當初模擬式ATC向數字式ATC換代的時候，車地通信方式做過選型。因為新幹線沿途多山，無線傳輸方式部署維護麻煩而且容易丟失信號，所以採用新幹線沿線鋪設漏纜保證車地雙向通信的穩定性。然而沒過十年八年，估計是地面設備的維護搞煩，人手不多也要節省成本，最終還是走回無線通信這個方向上，當然ATACS會根據未來通信技術發展，可以改用漏纜、WiFi和LTE等新型無線通信技術。以後新幹線信號系統更新，應該也會遵循ATACS的方向演進。對了，東京首都圈鐵路圈的通勤鐵路要在2036年前實現移動閉塞。無人駕駛印象中是沒有提及的。說到ATACS還得感謝 @fqj 在某次聊天提起，我才知道有這玩意。
至於ATO，日本人的角度認為經過培訓的熟練司機能夠比電腦更精準更有效率駕駛列車，也可以開行更高密度的班次，因此部署ATO系統的。這在日本多年老年化少子化趨勢下，各行業都在想方設法實現自動化減少人手的趨勢格格不入。
好了，說說德國的信號系統吧。
PZB90懂的不多，查了查資料。PZB90會在地面軌旁設置電磁鐵，發出500Hz、1000Hz或2000Hz頻率的信號。地面設備發出1000Hz信號時提醒列車司機減速，並且會生成制動曲線到45KM/h。如果信號發出4秒以後司機沒有響應，列車則會自動減速。不同類型的列車，由於頂棚速度不一樣，減速的幅度和時間要求也不太一樣。發出500Hz信號時，列車會進一步減速，通常是用於車站進站前。列車會發出2000Hz信號時，列車會自動採取緊急制動措施。
LZB是世界上第一個實現車載設備生成一次連續目標距離制動曲線的系統。與法國TVM和歐洲的ETCS不同，LZB沒有在線路區間鋪設應答器，而是在鐵路沿線鋪設交叉感應環線實現車地雙向通信。感應環線每100米交叉一次實現列車定位。列車佔用檢查是通過軌旁的計軸器。當年鐵道部在規劃CTCS的時候有考察和研究過LZB。鐵道部覺得軌旁設備太多，投資和維護量都太大加上LZB本身不夠開放，於是就被排除掉了。
其實國內還是有裝備德國LZB信號系統的，廣州地鐵的1、2、8號線的信號系統就是用LZB700M實現ATP功能的。ATO是在此基礎上再增加了一些監控和自動操作的設備。
暫且寫到這麼多。寫這個答案之前翻了很多 @Enzo Jiang 前輩以前寫的答案，十分感謝，給我補充了很多知識，有錯還望指正。
於是我又因為PZB搜到這個問題了！戳進來看到唯一的回答居然點過贊，應該是很久以前我看過這個問題。最近沉迷ATS-P和德鐵PZB系統，也想總結一下各國的鐵路信號系統的異同。steam上有個很不錯的模擬遊戲Train Simulator on Steam，對鐵路系統數據還原做得非常厲害，最近我才發現原來可以看說明書的，裡面有非常詳盡的介紹，於是昨天大概了解了一下ATS-P，今天比較認真的看了PZB，寫了篇日誌，就直接轉過來吧~
後面打算先行補充LZB系統，這是德鐵升級優化PZB後推出的一個信號系統，往往和PZB同時啟用並具有更高優先順序；再更新ATS-P，這是櫻花鐵路線（太好看了）使用的安保系統，日本其實還有另一套ATC系統，這個比較貼近英國的AWS系統，慢慢更新吧~
櫻花鐵路線DLC：Wakayama Sakurai Lines Route Add-On on Steam
12.13更新
在steam社區上直接發布指南了，確實內容優點太多，知乎這裡就簡要介紹吧，想要詳細了解的朋友可以移步指南鏈接~
PZB信號系統
這個系統的核心在於通過區間劃分鐵路線，使用黃色信號燈提前告知司機進行減速，信號燈旁邊設置有感應磁體，可以及時監控列車運行速度，對沒有響應PZB控制信號、沒有及時減速的列車實行緊急制動，從而保障行車安全。
PZB系統一般可以給司機總長1200m的減速距離。
LZB預警系統
隨著計算機科技的迅速發展、火車速度的不斷提升、運力需求的增加，以往行車區間的劃分，在這個系統下變成了醉著列車移動的「動態區間」，通過覆蓋範圍100km的控制中心，收集、分析感測器傳來的沿線火車信號，根據每台車的實時位置、速度等信息，為他們確定並發送限速指令。LZB系統主要作用在於「預警」，因為一般情況下，系統並不會幹預列車的實際運行速度，只是給司機提示當前限速以及下一個限速將在多長距離後給出。
LZB系統一般可以給司機最多4000m的預警距離。
補充一點：
搭配AFB自動巡航系統，LZB的預警信號可以實現列車的「自動運行」，AFB會選擇司機設定的巡航速度、LZB限速中的更小的一個進行執行，因此在LZB路段，帶有AFB系統的列車只需要把巡航速度設置成道路限速就可以了。
ATS-P自動停止系統
日鐵不同於德鐵的最大區別在於低速、山路，這裡我們拋開新幹線不談，JR的很多鐵路線都是穿城、慢速、盤山這樣的鐵路線，這使得安全系統以及區間劃分不必控制太大的範圍。ATS-P系統，通過模擬一條「安全速度」曲線，只要你超過這個速度5km/h就會啟動緊急制動，因此這個系統是一個自動停車系統。同時，他也會在司機對警告信號不予響應時緊急制動，因而也是一個駕駛失知制動裝置。
ATS-P可以提前600m給予司機預警信號。
ATC自動控制系統
新幹線鐵路由於普遍是高速鐵路，ATS系統的弊端顯而易見——同PZB誕生一樣，司機看到紅色信號燈時就來不及剎車了。但是TS並沒有新幹線的DLC，因而詳細的數據、操作什麼的我就找不到了。好消息是，這個系統和英國的AWS系統比較類似，以後再更新它、法國TGV以及中國CRH線路上的安保系統吧~
謝邀！我表示我不是機務部門，更不是電務部門的，對LKJ的了解也只能從網路上獲取一點點資料，有不對的地方，還請指正。
LKJ2000型列車運行監控記錄裝置是機車運行的安全監控設備，它能協助司機有效地防止「二冒一超」等事故的發生。該裝置是在鐵道部科教司、運輸局的領導下，由河南思維自動化設備有限公司、株洲電力機車研究所及北方交通大學聯合研製的新型列車超速防護設備。[1]
簡單的說就是提醒機車乘務員（大車司機）正確的操縱機車。
很遺憾，日本ATS-P系統、德國PZB-90系統這兩個表示都沒有查到，所以無法做出對比。
LKJ如何監測列車位置？
通過速度積分的方式計算得到，並在固定點進行位置校正
由於列車行進過程中，需要讀取當前位置的地面基礎數據來確定列車的限制速度，因此如何確定列車位置顯得尤為關鍵。列車監控記錄裝置通過速度積分的方式來計算當前列車所在位置，但是由於車輪打滑等原因，這種計算方式往往存在一定誤差,特別是隨著時間的推移，誤差會累積得越來越大，地面信息處理模塊通過對地面特定點（地面軌道電路絕緣節點）的識別，為監控記錄模塊校正當前列車位置，從而消除累積誤差。[2]
速度積分就是通過已知的輪徑、車輪旋轉一圈的時間計算路程的啦！這個我就不解釋了，高數沒學好自己去面壁了~
當然還要電務的兄弟們把線路數據儲存進系統內，不然鬼才知道開到哪裡了……
地面軌道電路絕緣節點……這個又是電務的活，看下圖吧
現在來講輪對轉速了
一、DF16速度感測器
裝置所用的速度感測器為DF16型速度感測器，它是由上海德意達公司生產的一種光電式速度感測器，通過內外軌道光柵盤掃描，由光電模塊輸出方波脈衝信號。二、速度信號檢測原理速度信號共1路，由安裝在輪軸上的速度感測器輸出得到。由於速度感測器與車輪同步轉動，每轉輸出的脈衝個數是定值（200）。因此,通過採集速度感測器輸出的速度脈衝，可算得車輪轉一圈所需的時間。單個脈衝的周期可由單片機的計數脈衝個數與計數脈衝的周期相乘得到。另外，車輪直徑也為定值，亦即車輪周長為定值，由車輪周長和車輪轉一圈的時間即可計算出列車運行的速度。若令單片機的計數脈衝的周期為T，速度感測器輸出的單個脈衝內需計數脈衝的個數為N，車輪直徑為D，則速度V的計算如下：[3]
產品特色
? 堅固? 抗震? 抗衝擊? 測速範圍寬? 可靠性好? 使用壽命長產品概述DF16是上海德意達公司引進德國DEUTA公司全套技術和主要部件組裝生產的光電式速度感測器。它有一至六個通道可供選擇。通過內外兩軌道光柵盤掃描，光電模塊輸出兩種不同頻率、不隨溫度變化和電氣干擾影響的方波信號。內軌道每轉80個脈衝，外軌道每轉200個脈衝，輸出可以是不同脈衝數的各種組合，各通道間彼此隔離，且帶有極性保護，輸出短路保護。感測器可方便地安裝於軸箱蓋上。DF16感測器具有堅固、密封、抗震、抗衝擊、測速範圍寬、溫度適應範圍寬、可靠性好、使用壽命長等特點。適用於國內外各種類型機車的速度、方向、空轉及打滑等各項檢測。
技術參數[4]
.---- -. -. . . .
( .",----- - - " "
\_/ ;--:- __--------------------__
__U__n_^_""__[. ooo___ | |_!_||_!_||_!_||_!_| |
c(_ ..(_ ..(_ ..( /,,,,,,] | |___||___||___||___| |
,_\___________"_|,L______],|______________________|
/;_(@)(@)==(@)(@) (o)(o) (o)^(o)--(o)^(o)
參考文獻：[1]LKJ2000型監控系統簡介[2]曹煜泓. 列車運行監控記錄裝置控制主機的研究與開發[D]. 浙江大學: 浙江大學,2011.[3]陳兵. 列車運行監控記錄裝置的研製[D]. 武漢大學: 武漢大學,2003.[4]DF16 系列光電感測器鍋貼小司一枚，只見過LKJ2000,德日均沒見過，說下LKJ2000,我們都稱之為運器，其實全稱應是列車運行記錄監控裝置，從名字看，它主要有兩個作用，一是記錄，二是監控。記錄就是記錄機車各種工況。主要講一些監控，LKJ2000應該是屬於半自動監控，需要司機人工插入IC卡寫入運行揭示，也就是各限速命令等，然後輸入始發站交路號，車站號，上下行車次號，限速等級等，注意，這幾項是千萬不能錯，要求二人共同輸入，複核。如果錯了，LKJ也就起不到一點作用了，然後下課是跑不掉的了，所以說，它不是主動控制，只是被動監控，觸發限速條件時才會起控，給司機一個輔助指示的作用。LKJ工作模式是調度員給司機各種運行條件限制，如車次，速度等級，走行徑路（客車固定徑路）等，司機人工輸入，匹配到LKJ自身存儲數據中去，由LKJ進行各種監控。注意，LKJ是三項設備（無線列調，機車信號，LKJ）之一，規定三項設備無出庫合格票禁止出庫牽引作業。但是在運行中並不是LKJ故障就不能行車了，在任何情況下還是以列車調度員命令為準，以地面信號機為準，地面信號與機車信號不符立即停車或減速，LKJ只是一個輔助運行的監控設備。現在的情況是各機務單位都把LKJ作為業務考核的差不多唯一標尺了 ，又多了一個機車6A系統，哈哈，有空再說
LKJ2000,一般稱之為運記，全稱應是列車運行記錄監控裝置。
都算不上安全設備，有ATS功能而已。
推薦閱讀：
※為什麼德鐵與中國高速鐵路有許多不同，卻常被拿來做對比？
※鐵路的鐵軌為什麼不能做成齒輪狀的呢？
※蒙華鐵路在未來有哪些意義？
※同樣是節省時間，鐵路為何花巨資提速，卻不願提升用戶體驗改造流程？
※如何看待小伙下鋪被孕婦強佔，拒絕與其換鋪拉扯孕婦走開被拘留？