高速公路上行驶的汽车为保证安全，不发生追尾事故，必须保持50〜100米左右的间距。同样，在铁路上，两车之间也需要保持一定的安全行驶距离，时速200公里的列车制动距离约为3.9公里，而时速300公里的列车制动距离约为6公里。如何能保证两列高速运行的列车不因为意外而发生亲密接触呢？
只允许一列车运行的闭塞区间
区间闭塞的技术是防止列车发生追尾的重要手段。简单来说，就是将铁路划分为若干个线段（区间），然后让在同一线路上运行的火车排好队行驶在不同的线段上，也就是说，在一条线段上只能出现一列火车，所以列车是不可能见面的。不过在实际操作中，两列火车可能会间隔一个线段，即便在相邻的线段上，也会留出一定的安全距离，进一步提升了安全性。那么这些“线段”又是如何划分的呢？如何保证列车都排队站好呢？
比较传统的做法就是用车站作为划分区间的节点，两车站之间的线路自然就是一个区间，而在两个车站之间只能运行一个列车。站间闭塞可通过电话的方式控制，即车抵达下一站时，需到达站电话确认已到达，然后本站放行下一辆车。这是最为原始的区间闭塞方式，效率低下，已经被新的自动闭塞技术取代了。
传统的自动闭塞技术，一般是通过道旁信号机控制车的运行速度。这种闭塞方式适用于时速160公里以下的列车，通常使用的技术是三显示自动闭塞和四显示自动闭塞。三显示和四显示是指信号机有三种显示或四种显示，每个信号机防护一个区间，信号机通过不同的颜色示意列车司机。三显示预告车前方两个区间的运行状态，信号机颜色分别为绿、黄、红（黄色为注意信号，司机越过黄灯后开始减速，红灯前停止，故只有两个区间）。四显示预告车前方三个区间的运行状态，信号机颜色分别为绿、绿黄、黄、红（黄绿表示开始减速，黄灯表示限速）。在列车速度不断提高的今天，光靠司机看道旁的红绿灯，显然是不行的。在时速300公里的列车上看道旁的信号机，就是个一闪而过的影子，加上控制中心同列车的沟通时间，无法保障列车能平稳地运行在各自的区间里。列车运行控制系统（简称列控系统，CTCS）的加入，能在很大程度上解决这些问题。
列车位置和区间运行信号
当区间内没有列车时，电流流经电磁继电器形成回路，使开关放在绿灯一档上，允许车辆进入该区间（1）。当列车驶入该区间时，电流经车轴形成回路，电磁继电器断电，开关落到红灯一档上，不允许后车再进入该区间（2）。
轨道电路探知列车的位置
要实现自动运行，当然要实时获取列车的位置，这靠驾驶员或者车站的报告都是不靠谱的。于是技术人员在铁轨上加上电流，形成轨道电路。列车进入一个区间后，车轮和车轴就连通了两个带电的铁轨，这会引起轨道电路的反应，从而检测到列车的位置。另外，在区间起点和终点处安装有专门检测电信号变化的计数器，它们会对进入和离开一个区间的车轴数量进行计数，如果进入的车轴数和离开的数量一致，那就说明列车已经离开这一区间了。
最早使用的闭塞技术采用了固定区间的方式，也就是说在铁轨上划分出不同的线段，只是不再以车站为端点了。为了保证准确测得列车占用区间的准确性，每个区间之间都有绝缘节。
固定闭塞技术中，如果前方有一个区间正在被占用，那么列车控制系统会将这个已占用区间的起始点设置为后面驶来的列车的终点，进行制动，也就是说后车将逐渐减速，到这里时正好停车。实际上，后车也是从某个区间的起始端开始减速。在这种技术里，停车点和减速点都是固定的，两点之间的距离也是固定的，所以这种技术被称为固定闭塞。
同固定闭塞有固定的停车点和减速点不同，准移动闭塞方式的列控系统采取目标距离控制模式（又称连续式一次速度控制），列车制动的起点并不是固定的。减速制动的终点在前车所在区间的始端外加一段安全距离的地方，而起点则是根据目标距离、列车速度计算出来，以平滑的减速曲线接近停车点。在准移动闭塞技术中，还有一种特殊的方式—虚拟闭塞，这种方式不在轨道上设置检查设备，而是采取无线定位方式来对列车进行定位，并检查轨道的占用情况，同时是以计算机技术虚拟来设定闭塞区间，大大提高了控制效率。
移动闭塞方式也采取目标距离控制模式。移动闭塞的追踪目标点（停车点）是前行列车的尾部之后外加一定的安全距离的位置，开始点也是通过目标距离和列车速度计算得来，受线路情况和列车性能的影响。可以看出从固定闭塞、准移动闭塞到移动闭塞，在轨道线路上需要空出的“安全区间”越来越短，这可以稳定提升列车的运行速度，安排更多的车次，提高铁路的运力。
总的来说，闭塞区间的划分跟列车追踪时间（即与前一列车的间隔时间）、列车运行速度等级、列车制动距离以及轨道电路的特性（比如轨道电路检测的最大长度）有关。列车控制系统等级和技术水平越高，区间距离就可以越小。
三显示自动闭塞区间示意图
当某一区间起始端信号机显示为绿灯时，列车可以进入这一区间运行。当已经有列车（车1）在区间运行时，该区间起始端的信号机显示为红灯，禁止其他列车进入；而在紧随其后的一个区间的起始端显示黄灯，示意后车（车2）开始减速。
一体化的联锁控制设备
就如公路存在岔路口和红绿灯一样，铁路也存在无岔区段、道岔、信号机这3个基本信号单元。道岔为列车提供了方向性选择，信号机类似于十字路口的红绿灯，可以控制列车是否停止，给列车下达运行方向，运行速度等指令。所以对列车的控制，需要对信号机和道岔进行操作，而这个功能需要依靠一套被称为联锁设备的管理系统来完成。
简单来说，联锁（interlock）是相互制约的意思，按照一定规则操作多组道岔和多个信号机，完成一次列车的准确行进。联锁主要对出入站的列车进行控制，负责引导车的进出站以及停靠安排好的站台。另外，联锁需要对调度指令进行筛查，根据铁路运行规则，执行符合规则的指令。
正常情况下，列车由列车控制中心负责监控。根据车站类型，铁路的列车控制中心分为车站列车控制中心、中继站列车控制中心和线路所列车控制中心，车站列车控制中心设置于客运专线联锁车站，控制其范围内的轨道电路和应答器，并管辖其范围内的中继站列车控制中心。中继站列车控制中心设置于信号中继站，采集其控制的设备信息，并将其状态发送给所属的车站列车控制中心。线路所列车控制中心控制车站之间的线路及轨旁设备，将设备信息发送给相连的联锁和车站列车控制中心，由车站列车控制中心进行统一调度。
控制列车运行的核心系统
作为整个列车控制核心的列车运行控制系统，就是对列车运行全过程或一部分作业实现自动控制的系统。列车通过获取的地面信息和命令，控制列车运行，并调整与前行列车之间必须保持的距离。
一般列控系统包括地面设备、车载设备、信号数据传输网络和车地信息传输设备4个部分。其中，地面设备负责提供线路信息、目标距离和进路状态；车载设备生成目标距离连续速度控制模式曲线；信号数据传输网络实现地面设备间的数据信息交互；车地信息传输设备完成地面设备和车载设备的信息交互。
根据我国的铁路状况，列车运行控制系统目前划分为5个等级，分别为C0、C1、C2、C3和C4。C1和C0主要应用于时速160公里的普通列车，C2应用于时速200〜250公里的动车组；C3面对时速300公里以上的列车（即高铁）。C2〜C4级的系统都向下兼容，也就是说级别较高的控制系统可以控制运行速度较低的车辆。
C0和C1主要针对时速160公里以下的列车，所有的线路信息预先存储于车载设备上，靠逻辑推断地址来调取所需的线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。C0的闭塞方式是固定闭塞或准移动闭塞，C1为准移动闭塞。
C2与C0和C1级控制系统相比，C2增加了应答器。这是安装在铁轨上可以跟列车交互的设备，主要给列车提供列车位置、地面状况、线路速度以及限速信息等。应答器一般为电磁设备，列车上装有应答器天线，当列车经过时，应答器产生感应，会将一些预先定义的信息发送给列车。应答器分为有源和无源，有源应答器需要持续供电，可以存储多条信息，列控中心通过LEU设备发送给有源应答器。有源应答器一般安装在车站附近，提供进站和出站进路信息。
列车进入一个路段行驶前需要按照铁路运营规则对这些路段进行可行性检查，那些满足运营规则的路段，才能被安排到行驶线路上。一旦作出安排，就不可随意取消了，进路中的所有信号单元处于锁闭状态，不能更改。当然，这是可以用人工的方式进行解锁，但需要按流程履行相关手续，确保安全。
C3是在C2的基础上增加了无线网络，即GSM-R（R是英文Railway的首字母）。GSM-R是中国移动和铁道部协商后，在GSM网络中划分出铁路专用的频段。上行列车使用885〜889兆赫，下行方向列车使用930〜934兆赫，这使得车地通讯的信息量增大，也更为快捷，保证了列车的高效可靠运行。并且首次实现了地面对机车的回环控制，也就是说地面设备和机车间可以进行交互应答。而以往调度对机车的控制都是通过地面设备间接控制，机车对调度的指令无法进行回应。无线使得调度可以将命令直接发送到机车，并且机车可以确认指令。另外RBC（无线控制中心）的成立，使得所有的控制工作都集中到中央列车控制中心来，不再像以往那样分散分段进行控制。
C4会使用GPS等技术直接定位列车，使得对列车的控制更为灵敏。
目前在我国，普通动车组使用C2；高铁采用C2/C3混跑的方式，C2/C3同时工作，但以C3为主，当无线出现故障，自动降级为C2。
列车运行速度日益提升，开行数量的不断增长，都对铁路信号控制系统提出越来越高的要求。
如何执行“红灯停，绿灯行”的命令？
一般来说，列车控制可由计算机自动完成，人工辅助参与。列车自动控制系统（ATC）主要由列车自动防护系统（ATP）、列车自动监管系统（ATS）和列车自动驾驶系统（ATO）组成。ATO一般用于城市轨道交通（地铁/轻轨），目前还没有用于铁路。
铁路系统使用ATP一般指车载ATP（城轨中，还包含地面部分），最主要的功能是保护列车正常运行（控制列车运行速度以及突发状况下的特殊处理），保障列车能够安全停稳，定位列车位置。铁路上，ATP主要通过列车控制中心和联锁分别获取信号单元状态和进路信息（城轨系统中由地面ATP发送）。
ATS系统汇集所有信息，如列车位置、进路状态、列车状态、列车标识、信号设备故障等。基于这些信息和运行时刻表，ATS能够自动排列进路，还能通过改变停站时间和站间运行时间来自动调整列车运行。在必要的时候，ATS接受手动的操作控制。
调度指令经ATS发送给ATP，进而通知列车司机，或者通过列控系统控制道岔等信号单元。ATS系统安装在地面，跟调度员直接交互，调度员可在ATS系统上获取设备状态以及列车信息，并通过ATS系统下发指令。
无线情况下，ATP将采集的列车位置信息发送给ATS，ATS基于此信息完成对列车的自动追踪，以保障列车的正确进站和安全行驶。当ATP或者无线出现故障时，ATS会将来自列车控制中心的数据作为依据，通过轨道电路实现对列车的自动追踪。
正常情况下ATS归中心控制，但车站可采取强行站控的方式获取控制权限，此时需要中心释放该站的控制权。当中心需要取消车站的控制权时，也需要车站提前释放控制权。
ATS的主要功能是保证列车高速可靠地运行，当然，在设定的安全等级中，ATP和列车控制中心联锁的等级要比ATS高，也就是说ATP，列车控制中心联锁对列车的安全行驶负有更高责任。
不难看出，列车的控制系统是个复杂、但又需要极其精准的综合系统。随着GSM-R无线网络、GPS定位等新技术的应用，铁路控制系统正变得更为复杂，这就需要进行更为精细的维护监管，才能保证那些在轨道上风驰电掣运行的列车的安全。
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