現(xiàn)代有軌電車信號控制系統(tǒng)設計

創(chuàng)新者：蔡云峰

現(xiàn)代有軌電車信號控制系統(tǒng)設計

創(chuàng)新者：蔡云峰

現(xiàn)代有軌電車以其快速、環(huán)保、運能大的特點已成為一種新興的公共交通方式?，F(xiàn)以正線道岔控制系統(tǒng)及路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)為重點，對有軌電車信號控制系統(tǒng)進行分析，對各子系統(tǒng)的選型及目前存在的問題進行了探討。

隨著城市化的進程，城市公共交通的壓力不斷增大，迫切需要在公共交通領域發(fā)展新型城市軌道交通系統(tǒng)。有軌電車以其運能大、快速、環(huán)保的特性，越來越受到人們的青睞，在很多城市規(guī)劃中已經(jīng)成為了公共交通的重要組成部分。

有軌電車定位于中等運量的城市快速公交系統(tǒng)，運輸能力介于傳統(tǒng)公汽與地鐵輕軌之間。其運行于鋼軌上，運行方式與地鐵及輕軌相似，但是通常在部分路段與其他地面交通方式交叉，沒有完整的獨立路權，因此，有軌電車的信號控制系統(tǒng)有別于地鐵和輕軌。目前個別城市已有幾條現(xiàn)代有軌電車線路開通運行，其他還有大量城市正在建設，由于沒有成熟的設計標準，有軌電車的控制系統(tǒng)的構成及實現(xiàn)方法并沒有統(tǒng)一，已建成的各條線路的信號控制系統(tǒng)均不一致。

現(xiàn)代有軌電車基本概況

現(xiàn)代有軌電車屬于中等運量的城市公共交通方式，每小時單相運能約3000至15000人，介于傳統(tǒng)公汽與地鐵之間。主要作為快速連接城區(qū)與郊區(qū)的公交方式，作為傳統(tǒng)公汽與地鐵輕軌之外的有力補充。現(xiàn)代有軌電車噪音低、乘坐舒適、造型美觀，與老式有軌電車存在明顯差異，在建成的城市中已成為一道靚麗的風景。部分線路采用隔離方式，完全與道路的其他車輛隔離，形成獨立的線路運行，在路口通常與其他社會車輛平交，運行線路交叉混行。建設成本低，技術經(jīng)濟指標通常在1億元/km左右，大大低于輕軌及地鐵的造價。

基本設計思路

目前沈陽、上海、蘇州、南京均已建成通車有軌電車線路，但由于沒有正式的設計規(guī)范，實際的設計過程中均只能借鑒鐵路、地鐵輕軌的相關規(guī)范，這就使得部分系統(tǒng)方案呈現(xiàn)地鐵輕軌化的傾向。有軌電車的地鐵與有軌電車的運營環(huán)境有巨大的差異，若類比地鐵標準建設將導致系統(tǒng)變得復雜龐大，投資相應大幅增加?，F(xiàn)代有軌電車應該更傾向于公交化的運營，其建設應在傳統(tǒng)公交基礎上進行補強。應從有軌電車控制系統(tǒng)的運營特點出發(fā)，結合目前信息化發(fā)展的要求，有軌電車控制系統(tǒng)應以系統(tǒng)集成化，設備綜合化、小型化，維護簡單化為設計理念。

信號控制系統(tǒng)探討

現(xiàn)代有軌電車信號控制系統(tǒng)通常由正線道岔控制系統(tǒng)、路口優(yōu)先控制、車輛段信號聯(lián)鎖系統(tǒng)構成。其中車輛段信號聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)相當成熟，所有線路的車輛段均采用與傳統(tǒng)鐵路一致的計算機聯(lián)鎖信號系統(tǒng)，但正線道岔控制系統(tǒng)及路口優(yōu)先控制系統(tǒng)沒有相關建設標準，已建成的各條線路均不一致，而以上兩個系統(tǒng)又是直接決定了整條線路的運行能力和技術水平，因此需要詳細研究。

正線道岔控制系統(tǒng)

正線道岔控制系統(tǒng)控制全線所有正線區(qū)段的道岔轉(zhuǎn)轍機、軌道區(qū)段及相關信號機。正線道岔控制系統(tǒng)在中心控制、車載控制模式下，安全性由本地控制機中的聯(lián)鎖關系保證；在本地控制模式下，安全性由區(qū)段占用檢查設備保證。在各種操作模式下，最大程度的保證了列車的安全性。以下分別對該系統(tǒng)的主要設備進行探討。

聯(lián)鎖控制機

由于正線本系統(tǒng)的重要性，同時為了最大程度保證使用的可靠性，聯(lián)鎖機需采用 “二取二”安全硬件結構。同時為了滿足系統(tǒng)集成化、小型化維護簡單的要求，應盡量選擇采用全電子聯(lián)鎖技術，該制式聯(lián)鎖制式設備具有體積小，安裝方便、維護少的特點，能夠很好地適應有軌電車控制系統(tǒng)的使用要求，目前該制式已有相當成熟的設備。

區(qū)段占用檢查設備

有軌電車區(qū)段檢查設備與地鐵輕軌以及傳統(tǒng)鐵路區(qū)別最大，傳統(tǒng)鐵路及地鐵輕軌大部分都采用25HZ、50HZ交流軌道電路，也有部分采用計軸設備，但是有軌電車采用以上的檢查設備均不理想。有軌電車的軌道安裝位置與路面平齊，下雨時容易形成短路，使軌道電路無法正常工作。另外，有軌電車的軌道是U型軌，計軸設備安裝普遍存在問題，計軸設備正常安裝時需要部分鋸軌，這一定程度影響了鋼軌的強度，在很多城市是不允許的。不鋸軌的話就必須將軸頭設于鋼軌外側，而這又使設備可靠性和靈敏度大大降低。因此，在蘇州有軌電車一號線上采用了新型的軌道電路，該型軌道電路利用交流諧振的技術，利用檢測軌道區(qū)段電氣特性的相對變化，來反映是否有車占用。即使在有雨水影響的情況下，系統(tǒng)能夠自動進行參數(shù)調(diào)整，滿足下雨時、甚至被雨水浸泡時軌道電路的正常工作。該軌道電路穩(wěn)定可靠、技術條件先進，目前在建的珠海、淮安等城市的有軌電車控制系統(tǒng)也已應用。

列車定位

獲取列車位置信息，將信息通過數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸至控制中心，可以在控制中心實現(xiàn)對車輛運行的實時監(jiān)測，對調(diào)度具有指導意義。目前普遍采用GPS/北斗衛(wèi)星定位、車地通信環(huán)線和計軸點絕對坐標對列車進行綜合定位，當GPS/北斗衛(wèi)星定位或車地通信環(huán)線計軸任意一種方式故障后，控制中心仍然可以實現(xiàn)列車定位。

轉(zhuǎn)轍機控制

正線轉(zhuǎn)轍機具有控制中心、車載控制、現(xiàn)地控制、機械操作四種獨立的控制模式。正常運營時控制中心根據(jù)車輛運行的徑路，自動對道岔轉(zhuǎn)轍機進行控制，當出現(xiàn)網(wǎng)絡等設備故障的時候，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)為車載遙控控制模式，當車輛接近道岔時，車載計算機發(fā)送道岔控制信息，道岔轉(zhuǎn)轍機轉(zhuǎn)動。若道岔未正常轉(zhuǎn)動，電車司機需在道岔前停車，按下安裝在轉(zhuǎn)轍機附近的轉(zhuǎn)轍機控制按鈕進行操作，若該方式仍無法對轉(zhuǎn)轍機進行操作，就需要使用操作桿對轉(zhuǎn)轍機直接進行機械扳動。因此，有軌電車的控制系統(tǒng)需考慮在控制中心故障、車載故障、本地控制機故障、斷電等各種情況下道岔轉(zhuǎn)轍機的控制方式，保證系統(tǒng)最大的可用性。

路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)

現(xiàn)代有軌電車與地面其他交通方式在路口共享路權，有軌電車定要求運行快速，但是作為公共交通的一種，不能不顧其他路口及車輛的通行需求，是否允許其通過路口應統(tǒng)籌路口的交通狀況綜合考慮，由此提出了路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)主要由集中控制和分散控制兩種模式。集中控制的方式通過本系統(tǒng)的路邊設備采集車輛位置信息，車輛接近時，由路邊設備發(fā)送接近信息至路口交通控制機，由路口交通信號控制機綜合計算是否給予優(yōu)先通行。分散控制的模式是將路口的優(yōu)先控制功能納入路口交通控制機統(tǒng)一控制，車輛接近路口的信息由路口控制機的感應線圈采集（除車站接近路口的情況），將有軌電車信號燈作為與路口其他方向相同的信號燈來處理，所不同的是，有軌電車在條件允許的情況下需給予優(yōu)先通過，以滿足其快速公交的屬性。

路口優(yōu)先的策略的制定，是一個需要結合具體路口的交通狀況，以路口的實際情況作為基礎，需要統(tǒng)籌考慮，這也是路口優(yōu)先控制系統(tǒng)最重要的設計要素。

結語

現(xiàn)代有軌電車作為一種新興的公共交通，以其快速、環(huán)保、運能大的特點受到越來越多的城市的歡迎。有軌電車的信號控制系統(tǒng)是有軌電車快速安全運行的保證，由于沒有相關設計規(guī)范，如何在滿足安全的前提下，盡量做到集成化、小型化、簡單化，降低建設及維護成本，是系統(tǒng)設計者必須仔細研究的課題。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.029