武夷山有軌電車列車運(yùn)行控制系統(tǒng)方案分析

鄭建寧

武夷新區(qū)旅游觀光有軌電車工程，功能定位為旅游觀光線路，車站不設(shè)站臺門，列車進(jìn)站停車時無需考慮車門與站臺門對齊，因此沒有精確定位的功能需求。結(jié)合線路條件及運(yùn)營需求，總結(jié)該工程的特點如下。

1．行車密度不大，初、近、遠(yuǎn)期追蹤間隔分別為10min、4min、3．2min，追蹤間隔明顯大于地鐵。

2．平均站間距大，達(dá)到3．168km。正線線路僅設(shè)置9座車站，最大站間距為7．665km，最小站間距0．92km，站間距大都比地鐵長。

3．線路條件較好。最小曲線半徑為250m，行車計算限速60km／h，列車在曲線段運(yùn)行時，發(fā)生超速危險的概率不大。

4．速度要求較高。區(qū)間最大速度可達(dá)63km／h，線路旅行速度為48．4km／h，高于一般有軌電車30km／h的旅行速度。

1 信號系統(tǒng)方案

線路定性為專享路權(quán)的全封閉有軌電車線路，運(yùn)營性質(zhì)與地鐵、輕軌等城市軌道交通項目相似，但行車密度和運(yùn)行速度相對較低。在充分結(jié)合線路特點和運(yùn)營需求的前提下，信號系統(tǒng)配置方案如圖1所示。

圖1 信號系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

1．運(yùn)營調(diào)度管理系統(tǒng)，用于編制和管理行車計劃，實現(xiàn)對全線運(yùn)營列車的監(jiān)視。

2．道岔控制系統(tǒng)，對正線道岔進(jìn)行安全控制，實現(xiàn)道岔區(qū)段內(nèi)轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)、軌道區(qū)段間正確的聯(lián)鎖關(guān)系。

3．車載信號系統(tǒng)，與運(yùn)營調(diào)度管理系統(tǒng)、道岔控制系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)對車輛和道岔的控制，并給司機(jī)提供必要的駕駛輔助信息和告警信息。

4．車輛段聯(lián)鎖和集中監(jiān)測系統(tǒng)，對段內(nèi)的調(diào)車作業(yè)進(jìn)行集中控制，實現(xiàn)段內(nèi)進(jìn)路上的道岔、信號機(jī)和軌道區(qū)段的聯(lián)鎖功能，保證段內(nèi)調(diào)車作業(yè)及進(jìn)、出段作業(yè)的安全。

5．乘客信息顯示系統(tǒng)，在車站站臺用以發(fā)布列車的到發(fā)信息，從而給乘客的出行提供便利。

2 正線列車運(yùn)行控制系統(tǒng)方案

列控系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全的核心設(shè)備。通常信號系統(tǒng)可選的控制方案包括：列車自動駕駛（ATO）、列車超速防護(hù) （ATP）、自動閉塞、站間閉塞或僅具備聯(lián)鎖功能的目視追蹤等。

1．ATO系統(tǒng)。實現(xiàn)對列車運(yùn)行狀態(tài)的合理控制，提供自動加速、制動、計算節(jié)能運(yùn)行曲線、精確定位停車、車門與站臺門聯(lián)動、準(zhǔn)確對位以及自動折返等功能。ATO系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于城市軌道交通工程中，可適應(yīng)較大運(yùn)量、高行車密度及高正點率等運(yùn)輸需求，并能有效降低司乘人員的勞動強(qiáng)度。由于本線追蹤能力要求不高，且不需要精確定位停車，為節(jié)省投資，無需配置ATO系統(tǒng)。

2．ATP系統(tǒng)。主要包括用于國鐵客運(yùn)專線或高速鐵路的CTCS－2級和CTCS－3級系統(tǒng)，以及用于城市軌道交通的點式ATP系統(tǒng)。3種ATP系統(tǒng)均以閉塞分區(qū)邊界作為防護(hù)目標(biāo)點，其基礎(chǔ)是必須在區(qū)間設(shè)置閉塞分區(qū)，因此沿線需安裝軌道占用檢查設(shè)備。

CTCS－3級列控系統(tǒng)需要配置GSM－R無線通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)專屬于鐵路總公司，一般用于國鐵客運(yùn)專線，不會對外提供服務(wù)，顯然不適用于本工程。CTCS－2級列控系統(tǒng)采用移頻軌道電路作為軌道占用檢查和列控信息傳輸設(shè)備，而本線為直流牽引、走行軌回流，與移頻軌道電路不能兼容，故CTCS－2級列控系統(tǒng)也不能適用于本工程。點式ATP系統(tǒng)作為無線CBTC系統(tǒng)的過渡和降級后備控制系統(tǒng)，在城市軌道交通中有廣泛的應(yīng)用，其技術(shù)比較成熟，因此原則上講，本線列控方案可采用點式ATP系統(tǒng)，但是，這樣會大大增加信號系統(tǒng)工程投資，據(jù)初步估算，工程投資約增加11700萬元。此外，點式ATP主要設(shè)備需放置于室內(nèi)，沿線需要配置設(shè)備用房，這對位于城區(qū)道路的有軌電車工程而言要求比較苛刻，也不符合本工程環(huán)境適應(yīng)性要求及景觀要求。

3．自動閉塞。將區(qū)間分割為若干閉塞分區(qū)，允許在同一站間區(qū)間內(nèi)有多列列車同時運(yùn)行的行車方式，其目的是減小追蹤間隔、提高行車組織能力。自動閉塞系統(tǒng)也需要配置大量的室內(nèi)設(shè)備和沿線信號機(jī)，能否與現(xiàn)場條件相適應(yīng)需要進(jìn)一步慎重研究。其控車基礎(chǔ)仍是目視行車，只不過采用自動閉塞時司機(jī)確認(rèn)的是信號機(jī)，不采用此系統(tǒng)時，司機(jī)確認(rèn)的是與前方列車的距離。

4．站間閉塞。指在一個站間區(qū)間內(nèi)只允許有1列列車運(yùn)行，這就大大限制了行車能力，雖然可實現(xiàn)本線初期10min追蹤間隔，但不能滿足近、遠(yuǎn)期小于4min追蹤間隔的要求，也不能適應(yīng)特殊情況下應(yīng)急疏散景區(qū)旅客的能力需求。

此外，站間閉塞同樣需要配置設(shè)備房屋，并要安排車站值班員辦理閉塞、確認(rèn)區(qū)間空閑，因此與前述幾種控車方案相比，對環(huán)境適應(yīng)性沒有本質(zhì)上的改善。

5．目視追蹤。指在不配置列車控制系統(tǒng)的條件下，以司機(jī)目視路況駕駛為前提，司機(jī)對安全負(fù)責(zé)，車載信號系統(tǒng)提供必要的提示、告警信息。有軌電車線路所處的環(huán)境通常在開放空間，速度要求不會太高，駕駛和乘坐的感覺類似公交車，即使出現(xiàn)意外事故，人員疏散和換乘較為容易，因此可考慮不配置列控系統(tǒng)，而采用目視控車方式。

有軌電車車輛本身的制動能力強(qiáng)，操控性較好，也為目視控車提供了有利條件。以本線最高運(yùn)行速度63km／h、最大下坡33‰坡度為最不利條件計算，車輛常用制動減速度為1．2m／s2，制動距離約為175m；緊急制動減速度為2．8m／s2，制動距離約為62m。若考慮司機(jī)確認(rèn)、操控反應(yīng)和車輛制動延時等共10s的空走時間，則制動距離分別為350m和237m，制動及反應(yīng)時間約為30s和17s。也就是說，只要保證前后車距離，或運(yùn)行前方防護(hù)信號機(jī)的距離不小于350m的范圍內(nèi)，司機(jī)可視，并確認(rèn)空閑，則能實現(xiàn)最不利情況下的行車安全。

3 工程列車控制方案選擇

實際上，是否采用列控系統(tǒng)進(jìn)行超速防護(hù)，在國鐵標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定。只有當(dāng)速度超過160km／h時，才必須配置列控系統(tǒng)。而當(dāng)速度較低時，司機(jī)有足夠的時間確認(rèn)信號、控制列車，因此可以根據(jù)地面信號顯示目視行車。

城市軌道交通雖然速度不如國鐵，但均配置列控系統(tǒng)，其原因是列車追蹤間隔小，站間距短，需頻繁起停列車，且準(zhǔn)點率要求較高，車站停車精度要求較高，操控列車的勞動強(qiáng)度大，若僅憑人工控制，司機(jī)將長期處于緊張狀態(tài)下，極易發(fā)生事故，而一旦出現(xiàn)事故，乘客疏散比較困難，同時恐慌情緒會迅速蔓延，其負(fù)面影響巨大，運(yùn)營風(fēng)險不容忽視，因此必須采用列控系統(tǒng)實施安全防護(hù)。

結(jié)合有軌電車工程的車輛制動能力強(qiáng)、追蹤間隔要求不高、開放空間容易疏散乘客等有利條件，綜合考慮節(jié)省投資、簡化設(shè)備配置、提高與環(huán)境的適應(yīng)性等因素，得出武夷新區(qū)旅游觀光有軌電車工程正線最為合理可行的列車控制方案為目視追蹤方案，由司機(jī)目視路況，根據(jù)與前車距離或信號機(jī)顯示操控列車。信號系統(tǒng)車載設(shè)備可提供前后車距離、前方信號機(jī)距離、本車速度等輔助駕駛信息，可幫助司機(jī)在彎道、霧霾天氣和夜間等視線不好情況下控制距離、安全駕駛。根據(jù)前面對制動距離的估算，當(dāng)車輛以最高速度運(yùn)行時，應(yīng)盡量保持前后列車距離不小于350m，以保證行車安全。

據(jù)統(tǒng)計，我國目前已開通的現(xiàn)代有軌電車項目均按目視追蹤方式控車，車載設(shè)備用以提供駕駛輔助信息。與本線不同的是，其他項目多為非獨(dú)享路權(quán)線路，存在與道路交通的交叉路口，因此也無法完全由信號系統(tǒng)來保證安全，只能被動地放棄列控系統(tǒng)，目前來看尚能安全運(yùn)行，這也為本線選擇目視追蹤的控車方案提供了一定的參考依據(jù)。

4 結(jié)束語

目前，武夷新區(qū)旅游觀光有軌電車工程信號系統(tǒng)初步設(shè)計方案已通過專家評審，該工程也已得到福建省發(fā)展和改革委員會的批復(fù)，將于2015年底開工建設(shè)，信號系統(tǒng)也即將進(jìn)入設(shè)備招標(biāo)階段。作為一條旅游觀光線路，武夷山有軌電車線路建成通車以后，一定會給著名的武夷山景區(qū)增光添彩！

［1］ 劉新平 ．新型有軌電車信號系統(tǒng)方案研究［J］．城市道路交通，2012．

［2］ 林瑜筠 ．城市軌道交通信號［M］．第2版．北京：中國鐵道出版社，2012．

［3］ 薛美根，楊立峰．現(xiàn)代有軌電車主要特征與國內(nèi)外發(fā)展研究［J］．城市道路交通，2008，6（6）：88－91．

［4］ 趙志熙，盧元昌．計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)［M］．北京：中國鐵道出版社，1999．