中国高铁有哪些技术是自主研发的？

首先，如同 @时光之末 所述，轨道交通作为一门高度实践化且相对成熟的学问，时至今日已很难出现“从零到一”、“从有到无”式的创新，中国国铁也自然没有此种类型的自主研发。但小修小补式的自主研发国铁一点都不欠缺，大致可以归为以下两种典型模式：

1. 1 + 1 + 1 ... > N
2. 1 -> （中国国铁特有的环境） -> 1'，1' > 1

中国列车控制系统（CTCS）技术体系就是此类创新的集中体现。事实上甚至不必谈CTCS，中国国铁电务（通号）专业发展的总路线都是如此：

实践表明，中国国铁的这种策略极为成功。一方面，由于CTCS不需要兼容既有线各种复杂的特殊状况，相较于既需要面向新线、面向未来又需要满足不同国家不同运营者的既有线多样化需求的ETCS，可谓大大精简。故而CTCS的普及远较ETCS来得容易：

在简化了ETCS中为兼容而设置的巨量非必要的功能之外，CTCS体系的制定者将主要的精力投入了设备的统型化之上：ETCS仅仅“框架性地”规范了几个涉及列车与线路、线路与线路互联互通的关键接口，例如列车与应答器的接口，列车与RBC的接口，RBC与联锁的接口，RBC与RBC之间的接口等。但在CTCS体系下，所有设备之间的接口都有详细的规范加以描述。在中国国铁治下，一条线路出现以下的场景是完全可能的：

1. 使用黑龙江瑞兴的ZPW-2000系列轨道电路；
2. 交大思诺的应答器；
3. 几家传统铁路信号工厂的信号机、转辙机、继电器；
4. 通号院的联锁和列控中心；
5. 卡斯柯的CTC；
6. 铁科院通号所的RBC；
7. 运行着装载和利时提供的车载ATP的高速列车。

这种由CTCS规范保证的“设备级”互联互通赋予了中国国铁相当大的灵活性：信号系统中的任何一种关键设备都有2~4家境内厂商能够生产，且彼此产品能互换，从而完全无需担心信号方面“受制于单一一家厂商”、“卡脖子”的问题。ETCS体系则无法提供这种程度灵活性，其中关键的接口：联锁与联锁的接口在欧盟范围内曾有多次尝试加以规范，结果均无疾而终。目前在欧洲，新建和改造线路普及ETCS时，也仅能做到全线联锁/轨旁基础设备一家厂商，ATP（地面设备中的LEU、应答器、RBC及车载ATP）另一家厂商这种有限度的灵活选择。

另一方面，在中国国铁治下，既有线各种复杂的运营场景为一套兼容性极强的车载LKJ设备所解决。与公众认知相反，中国国铁既有线在信号方面的历史遗留问题并不比欧盟国家和日本来得少，单是闭塞制式就可以分为半自动闭塞、自动站间闭塞和自动闭塞三大类。作为对比，在日本只有半自动闭塞（特殊自动闭塞）和自动闭塞两大类。而在中国国铁，自动闭塞又分三显示和四显示两种，区间闭塞信号机有的是绝对信号有的是容许信号，机车信号方面又有美（苏）式计数电码、国产极频、国产4信息、8信息、18信息移频、法式UM71及其自主化产品ZPW-2000等多种类型。

正线运营场景之外，还有车站调车等更为复杂的运营场景。以调车为例，与ETCS仅仅监督列车顶棚速度和运行范围不超过车站调车区域的做法不同，中国国铁的LKJ还与将站场调车信号机的显示发送上车的无线调车机车信号（STP），以及让调车员得以远程操控机车的平面无线调车系统存在接口，实现更为广泛的防护功能：

（由于该系统与调车机车的LKJ存在接口，调车员按了紧急停车列车真的会紧急停车）

为实现此类多样化的运营场景，LKJ采取了“线路数据车载”的策略：只要车载计算机存储器容量足够，那无论多么复杂的历史遗留问题都足以化解。这种做法固然在一定程度上危及了LKJ的安全性，直接或间接促成了胶济线428等重大事故。但：

一来线路数据车载不必然意味着不安全，日本铁路行业自第一条新干线开始便采取了这种方式，彼时尚无存储器，线路数据是存储在打孔卡片之上的。现今城轨CBTC也普遍采取这种做法。然而线路数据车载的日本长期采取加装多套信号车载设备实现跨线运行的方式，直到近年来才有信号厂商提出“统合型车上装置”的设想，也侧面反映出国铁LKJ的开创性。

二来部分保护也好过没有保护。与一些欧洲国家全路网覆盖完全监控模式的ETCS要排期至2030年甚至2050年之后（部分国家近期仅选择在“不太主干”的主干线路普及部分监控（LS）模式的ETCS-1应付欧盟法规要求）相比，中国国铁早已实现了从干线高铁到偏远支线的列控全覆盖，外加调车、路票行车等特殊场景的部分防护。任何机车或动车组至多只需要安装两套车载设备（LKJ、CTCS车载ATP）便能实现跨线运行，线路改造与车辆改造完全解耦。

因此即使LKJ有一些令人不甚满意的特性亟待优化，现阶段淘汰LKJ是无法实现的——依LKJ解决既有线的兼容性问题本身就是成功实践的一部分。

CTCS本身则更是如此。CTCS有四个等级，目前有实际运用的仅CTCS-2和CTCS-3两个等级，其中基于轨道电路和应答器控车的CTCS-2等级为中国国铁的独创，CTCS-3则为CTCS-2和精简版本、基于车地双向无线通信控车的ETCS-2整合后的产物。

在笔者看来，CTCS-2几乎是世界范围内，非基于车地双向通信的列控系统的最佳方案。其主要特征及其它非基于车地双向通信的高速铁路列控系统对比如下：

究其根本：

1. 中国国铁没有受到欧洲厂商的诱惑转投计轴和点式列控阵营（20世纪90年代庞巴迪的点式列控+单线计轴自动闭塞曾在川黔线上道试用），坚持以法国UM71为基础发展自动闭塞为统一的、基于轨道电路的连续式机车信号的发展提供了空间。（创新模式2）
2. 同时，中国国铁吸收了源于ETCS技术体系的大容量欧洲应答器技术，法国SEI设备基础上发展而来的列控中心，基于数字轨道电路的列控的“车载设备依前方空闲闭塞分区数量和闭塞分区长度自主计算目标距离式的移动授权”思路和日本新干线的“机控优先”的理念，形成了今天的CTCS-2。（创新模式1）

尤其可贵的是CTCS-2对吸收的技术进行了功能上的合理再分配。在CTCS-2中，容量有限的钢轨信道仅用于传输可变信息（前方空闲闭塞分区数量和进出站信号机的显示），其余为实现准移动闭塞而需要的固定信息（线路限速、坡度、闭塞分区长度等）既没有采取日本这样不利于互联互通的完全车载方式，也没有采取法国TVM-430和部分早期城轨基于数字轨道电路的ATC（如广州1、2、8号线、改造前的上海2号线、3号线、4号线）浪费钢轨信道的方式传输，而由区间的大容量、无源欧洲应答器代劳。

原铁道部称CTCS-2以ETCS-1的成本实现了接近ETCS-2的性能，所言非虚。倘若当初以容量稍大一些的UM2000为基础发展ZPW-2000，而非UM71，恐怕今日连CTCS-3都不再必要。

CTCS-3虽然表面上是早期版本的ETCS-2与CTCS-2的结合。但如本回答一开始所述，CTCS-3由于不考虑既有线的兼容性，精简掉了许多ETCS的功能（创新模式2）。典型者如：

同时，由于中国国铁将CTCS-3的使用局限于不兼容机辆普速车新建高速线上，还对ETCS-2的部分功能进行了一定程度的优化（创新模式2）：

ETCS体系列车实现E3H移动闭塞尚且需要动车组加装完整性检查（TIMS）设备并与列车完整性电路接口。在CTCS体系中甚至都不需要：因为非本务端的车载设备在休眠模式下照样记录自身的位置信息和RBC信息。只要国铁愿意，通过修改车载ATP、RBC和联锁的软件，让休眠模式下的车载设备连接RBC报告车尾的位置，明天就能实现移动闭塞。当然现实情况是高速铁路搞移动闭塞的作用不大，国铁不感兴趣。

这样一个精简和优化版本的ETCS-2在与CTCS-2结合成CTCS-3时，也出现了1+1>2的效果（创新模式1）。典型的例子是列车进入CTCS-3完全监控模式不需要司机目视行车，但进入ETCS-2完全监控模式则需要。进入ETCS-2完全监控模式需要目视行车的原因和过去非FAO的CBTC城轨线路在车场和正线之间需要设置转换轨的原因一样：一是应答器是点式定位手段，只有列车开到应答器上才会获得定位信息，在此之前需要人工驾驶列车。二是RBC（或ZC，对于CBTC的城轨而言）为列车发放移动授权前需要“筛隐藏车”。ETCS-2是准移动闭塞，只需要“头筛”，移动闭塞的ETCS-3或者CBTC则需要“头筛”和“尾筛”，它考虑的是这样一种场景：

假设某个轨道区段内依次有A、B、C三列没有定位信息的列车。现在在这个轨道区段内有一列列车获得了定位信息，向RBC（ZC）报告了自身的位置（和完整性信息，对于移动闭塞而言），那么RBC（ZC）能为这列列车发放移动授权（同时将后车移动授权延伸到该车尾部，对于移动闭塞而言）么？不能。显然RBC无法得知报告位置的是哪列车，如果报告位置的是B车，这一（两）种行为（都）是不安全的。

“筛隐藏车”的目的就是为了排除可能存在的“A车”（和“C车”），通常需要司机人工驾驶列车接近轨道区段的边界，如果列车车载设备报告的车头位置与轨道区段边界之间的距离小于一列最短列车的长度，同时没有列车被“顶”进下一个轨道区段，则“A车”存在的可能性便被排除，列车便可收到移动授权进入完全监控模式。CBTC为实现全自动运营，则要求列车永远保留自己的定位信息。列车休眠时要么信号车载设备负责定位的子系统要保持上电不能休眠，要么列车在休眠前要将自己的应答器天线对准车辆段内的休眠唤醒应答器。

但在CTCS-3中，由于CTCS-2和轨道电路的存在上述两个问题都不复存在。一来轨道电路提供的机车信号是连续的，无论列车在轨道区段内的什么地方都可以收到。列车车载设备只要一上电便收到机车信号。二来如果“A车”存在，其轮对的分路作用足以保证“B车”收不到机车信号。

在CTCS-3中，典型的运营场景是这样的：列车自CTCS-3车站始发时，当车站发车进路开通，列车车载设备收到相应的机车信号进入CTCS-2部分监控模式，准许列车以固定的低限速进入岔区，越过应答器获得线路数据进入CTCS-2完全监控模式。列车出站后，依出站口处的应答器提供的等级转换信息呼叫RBC，与RBC取得连接后自动转入CTCS-3完全监控模式。

如为折返列车，由于非本务端车载设备在休眠模式下依然记录位置和RBC信息，无需经过CTCS-2部分监控和完全监控模式过渡便可直接连接RBC，“一步到位”进入CTCS-3模式。但RBC发放移动授权前需要“筛隐藏车”，向列车发送TAF（track ahead free）请求。这时如果车载设备收到机车信号会自动向RBC确认TAF，从而正常进入CTCS-3完全监控模式。

事实上，上海市域铁路正是利用了轨道电路的这一特性，在CTCS-2+ATO中实现了列车自动折返及部分监控模式下的ATO：

显然同样的思路也可以运用于车辆段列车的自动发车，从而为CTCS体系实现FAO铺平了道路。比起CBTC体系中需要列车休眠前准确停在休眠唤醒应答器上，或是休眠时保持车载定位设备不断电的做法显然更优雅一些。由于不需要专门设置休眠唤醒应答器，也能兼容中国国铁车站到发线存车等场景，无需对土建加以改动。

——顺便一提。CTCS在干线高速铁路中第一个实现ATO也是一大创新（创新模式1）。

后记：这篇回答算是给 @CIT380A 的这条想法提一个小小的不同意见：

CIT380A君似乎之前还有一条想法，大意是CTCS标准应该实质归国铁局管，不应该名义归国铁局管实质归国铁管，因为国铁过于保守，归国铁局管有利于CTCS体系的良性发展。但一时没找到。

固然中国国铁在某些方面顽固、保守得可怕，例如以蒸汽时代列车占用站台的时间计算到发线利用率，修出一个又一个亚洲第一大高铁站还不以为耻反以为荣地当正面案例宣传。但另一些方面国铁的顽固却有它的道理。例如，国铁曾先后三次否定200km/h等级高速客运机辆（中华之星->200km/h六轴客运机车->HXD1G/2G/3G），任凭株机等机车大厂如何诱惑，依然只开行高速动分的做法，今天看来难能可贵：世界范围内除了日本新干线之外甚少有铁路运营者能抵制高速机辆的诱惑，株机能向海外出口200km/h等级的高速机车或动集，却撼不动国铁这棵树。

没有中国国铁主导的CTCS体系会如何发展？历史不容假设，但考虑到没了国铁的境内信号厂商联合设计院能搞出某些匪夷所思的“规范”来，笔者是持悲观态度的：

由城市轨交运营商牵头？很遗憾，某地搞出为消化当地多余C车产能强行降标骨干线路的乌龙，被国铁优化掉的ETCS-1点式列控在另一地的市域铁路项目中被所在省与原安萨尔多有合作的企业“借尸还魂”，以及近五年来地铁信号采购中出现的强烈“地方保护主义倾向”：

笔者对这些企业更加缺乏信心。

至于让交通部牵头？按交通部的意思，上海地铁大概应该把正线三灯位信号机的白灯统统拆了改黄灯：

在境内，现实情况是似乎找不到一家比国铁更合适的单位牵头做CTCS。国铁的体量保证了“不满足国铁需求的厂家拿不到订单喝西北风”，而不是反过来“国铁有需求，厂家却不读不回”，国铁庞大的技术官僚体系也保证了厂家无法以明显不合理的方案应付了之。

——最后这一点值得单独拎出来说。纽约大学有一群研究员为了搞清楚为何美国修城轨成本如此之高，发起了transit cost project，该项目收集了各国家和地区近年来新建城轨单位里程的成本，按购买力平价换算成美元后加以比较，结果如下：

从中可见城轨单位里程造价最高的国家和地区，几乎都以英语为官方语言——其中还有提供“世界级铁路服务”的港铁。因此研究者们强烈怀疑是某种不良实践以英语为媒介，在这些地方扩散蔓延的后果。

进一步的分析表明，这种不良实践是公共决策的外包化，即轨交运营商本身不再保留具备专业知识的技术官僚，运营商在修建新线时以总价承包的形式将项目从设计到土建房建铺轨机电安装调试的全流程外包给社会企业，全权由社会企业负责，有的甚至还让社会企业负责运营和维护。但社会企业在具备专业知识的同时还会考虑自身的利益，缺乏来自轨交运营商本身的监督，成本便难以有效控制。

在台湾，阿厂牵头的联合体便干过这样的荒唐事。台北捷运环状线二期工程中，阿厂没有选择一期工程的信号商原安萨尔多（现日立），而是打算将友商在一期工程中开通不足1年，UTO级别的CBTC信号系统换成自家的Urbalis 400：

轨交信号系统大修更新改造的年限是20年，这种无意义的CBTC换CBTC自然是对公共资源的极大浪费。

但安萨尔多也不是省油的灯。在之前一条想法中笔者曾留意到，安萨尔多旗下的原美国US&S公司是世界上罕见的在21世纪开通过大量非CBTC、轨道电路制式的UTO线路的信号商：

现在想来大概也是因为US&S抱上了安萨尔多的大腿，而安萨尔多旗下的百瑞达，虽然是个“不良资产”，但恰恰生产列车。于是安萨尔多便在21世纪这个CBTC的时代将US&S提供的非最优产品连同百瑞达的车辆捆绑打包卖给了缺乏监督能力的轨交运营商，还一连卖了20年。