現(xiàn)代有軌電車信號系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)探討

張帆

摘? ? 要：近年來，隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)代有軌電車在國內(nèi)大中城市發(fā)展迅速，車輛、供電、信號控制等各項技術(shù)日趨成熟，但如何合理開展現(xiàn)代有軌電車研究仍顯不足，前期研究未充分考慮線路客流及運營成本，規(guī)劃建設(shè)未能有效處理與其他交通方式的銜接關(guān)系，造成多數(shù)有軌電車線路在運營中出現(xiàn)客流低、運營嚴(yán)重虧損、競爭力難以提升、事故頻發(fā)等問題。結(jié)合成都有軌電車蓉2號線現(xiàn)代有軌電車示范線規(guī)劃建設(shè)研究經(jīng)驗，總結(jié)提煉切實可行的有軌電車研究體系，為后續(xù)有軌電車項目建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代有軌電車信號系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù)

1? 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，城市軌道交通事業(yè)得到迅速發(fā)展。有軌電車作為一種城市輕型軌道交通運行方式，以經(jīng)濟(jì)、便捷、環(huán)保、節(jié)約等優(yōu)勢逐步得到應(yīng)用。信號控制系統(tǒng)作為現(xiàn)代有軌電車運營的基礎(chǔ)條件，起到保證運行安全、提高運行效率的重要作用。因有軌電車運行環(huán)境特殊，與地面車輛與行人易存在路權(quán)沖突，其信號控制方式方面與其他類型軌道交通存在差異。

2? 信號系統(tǒng)主要特點

有軌電車具有多種路權(quán)形式，一般分為：專有路權(quán)、混合路權(quán)和共享路權(quán)。專有路權(quán)和共享路權(quán)形式應(yīng)用較少，一般選擇混合路權(quán)方式。在混合路權(quán)形式下，有軌電車信號系統(tǒng)的主要特點：①道岔一般采用集中或分散自動控制，并具有車載遠(yuǎn)程遙控和道旁控制功能;②具有路口優(yōu)先權(quán)控制功能;③無自動駕駛功能，一般采用車載監(jiān)督下的人工駕駛;④具有運營調(diào)度管理功能，但相對簡單;⑤正線多采用埋入式轉(zhuǎn)轍機(jī)，環(huán)境防護(hù)等級要求高。

3? 現(xiàn)代有軌電車信號系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)探討

3.1? 現(xiàn)代有軌電車的路權(quán)

現(xiàn)代有軌電車沿著特定的軌道運行，其軌道可以設(shè)置在高架、地面和地下，線路比較靈活，在地面運行時不可避免地會與社會車輛存在共同通過平交路口的問題，此時現(xiàn)代有軌電車的路權(quán)直接影響著行車效率和交通壓力。有軌電車的路權(quán)一般分為三種：獨立路權(quán)、半獨立路權(quán)和非獨立路權(quán)。①獨立路權(quán)不允許和社會車輛混跑，屬于完全封閉的專用軌道，一般為高架橋、地下隧道或地面周圍完全封閉的通道。這種獨立路權(quán)的運營模式與地鐵類似，同時有軌電車的運行速度也能達(dá)到很高以滿足更高要求的運行間隔，此時為保障安全，不能仍依賴于司機(jī)目視行車，建議信號系統(tǒng)可以考慮增加ATP功能，同時相應(yīng)增加軌旁設(shè)備和車載設(shè)備。對于最小2min的行車間隔要求，甚至可以考慮增加ATO系統(tǒng)以滿足相應(yīng)需求。②半獨立路權(quán)是通過在有軌電車線路周圍設(shè)置柵欄等方式實現(xiàn)其運行通道的獨立，但有軌電車與其他交通仍存在共用平交路口，影響交通擁堵狀況。這種路權(quán)模式?jīng)]有獨立路權(quán)的有軌電車速度快，但考慮到存在較長的封閉路段，建議必要時加入點式ATP系統(tǒng)，實現(xiàn)對司機(jī)駕駛時的超速防護(hù)功能，以保障行車安全。③非獨立路權(quán)是有軌電車線路完全與車輛、行人混行，運行速度較低，依靠司機(jī)目視行車，完全由司機(jī)保障行車安全，運行效率比較低，因此一般采用傳統(tǒng)的有軌電車信號系統(tǒng)，僅對路口和道岔區(qū)實施防護(hù)。

3.2? 路口優(yōu)先控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)可分為定時信號控制和感應(yīng)信號控制。定時信號控制是在每個固定信號周期內(nèi)增加有軌電車專用相位，達(dá)到有軌電車優(yōu)先控制的目的;感應(yīng)信號控制根據(jù)路口的通行條件、交通流量、建設(shè)成本等因素綜合考慮，其控制方式分為絕對優(yōu)先方式、相對優(yōu)先方式和部分優(yōu)先方式三種。絕對信號優(yōu)先對橫向車流影響嚴(yán)重，僅適用于交通流量較小的路口;相對信號優(yōu)先綜合考慮列車位置、速度、安全制動距離等因素，能夠兼顧有軌電車與社會車輛的通行效率，應(yīng)用較廣;部分信號優(yōu)先是有選擇地為有軌電車車輛提供優(yōu)先信號的策略，該策略的實現(xiàn)前提條件是控制系統(tǒng)必須提供額外的附加信息，以此來判斷哪一種車輛可以在交叉路口可以得到優(yōu)先通行，這同時也無形中增加了應(yīng)用的成本。

3.3? 運營調(diào)度

現(xiàn)代有軌電車運營調(diào)度是運營管理、行車指揮、監(jiān)督及報警管理和運營統(tǒng)計的總稱。①運營管理：控制中心根據(jù)運營要求制定運營計劃，編輯時刻表，并將當(dāng)日運行計劃時刻表下載至車輛基地終端，車輛基地根據(jù)該時刻表組織有軌電車運營;②行車指揮：系統(tǒng)通過現(xiàn)代有軌電車定位系統(tǒng)接收所有在線有軌電車的位置信息，經(jīng)處理后將有軌電車所在位置動態(tài)顯示在綜合表示屏及調(diào)度員工作站，調(diào)度員根據(jù)當(dāng)日運行時刻表對在線有軌電車進(jìn)行行車指揮;③監(jiān)督及報警管理：系統(tǒng)內(nèi)的主要設(shè)備具有自診斷功能，一旦檢測到設(shè)備故障，該故障信息即可在控制中心調(diào)度員終端給出相應(yīng)報警信息;④運營統(tǒng)計：根據(jù)運營計劃和通過現(xiàn)代有軌電車定位設(shè)備采集的有軌電車位置、時間及車次號等信息進(jìn)行運營統(tǒng)計并生成相應(yīng)報表。運營統(tǒng)計功能還可包括有軌電車管理及有軌電車修程統(tǒng)計等。車輛基地聯(lián)鎖可采用計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，能對車輛基地內(nèi)的調(diào)車作業(yè)進(jìn)行集中控制，實現(xiàn)車輛基地內(nèi)進(jìn)路上的道岔、信號機(jī)和軌道區(qū)段的聯(lián)鎖功能，在保證車輛基地內(nèi)調(diào)車及出/入基地作業(yè)安全的同時向控制中心發(fā)送各種表示信息。

3.4? 智能車載控制技術(shù)

為進(jìn)一步增加系統(tǒng)的安全性和可用性，智能車載控制系統(tǒng)還增加了超速防護(hù)、后溜檢測和防護(hù)、遙控計軸復(fù)位等功能。車載通過接收地面環(huán)線上傳的速度限制信息，對列車進(jìn)行超速防護(hù)。當(dāng)列車速度接近限速時，車載控制系統(tǒng)給出聲音報警，若速度持續(xù)增大并超過限速時，車載控制系統(tǒng)輸出最大常用制動，直至列車速度低于限速時，才停止輸出最大常用制動。車載主機(jī)根據(jù)車載顯控終端上的司機(jī)激活操作確定列車的主控端，據(jù)此判斷列車的運行方向，如果列車的運行方向與此不一致，車載控制系統(tǒng)判斷列車處于后溜狀態(tài)，輸出最大常用制動，并給出聲光報警，最大程度上防止列車后溜。當(dāng)列車運行方向與主控端方向一致時，停止輸出最大常用制動。因外界干擾等原因造成列車出清，但計軸仍報告占用時，司機(jī)確認(rèn)道岔區(qū)域無列車占用時，可點擊車載顯控終端上的計軸復(fù)位，此時車載信號系統(tǒng)通過環(huán)線，將計軸復(fù)位命令下達(dá)至地面控制系統(tǒng)，由地面控制系統(tǒng)將相應(yīng)的計軸進(jìn)行復(fù)位。

3.5? 車地信息傳輸

現(xiàn)代有軌電車通過道岔時，需要提供列車與軌旁道岔控制箱的無線傳輸通道以實現(xiàn)列車對道岔的遙控功能。這種車地信息傳輸通常采用基于感應(yīng)環(huán)線的傳輸和基于無線擴(kuò)頻的傳輸方式?；诟袘?yīng)環(huán)線的方式需在道床上設(shè)置感應(yīng)電纜環(huán)線，可實現(xiàn)車地雙向通信，是一種局部通信方式，安裝在軌道中間，不易受到破壞，但當(dāng)遙控道岔時，司機(jī)對列車所處的位置不好把控。基于無線擴(kuò)頻的傳輸方式是采用2.4GHz或5.8GHz頻段的車地通信，這種方式抗干擾能力強(qiáng)，誤碼率低，同時軌旁只需安裝無線發(fā)送接收天線和設(shè)備，但這種方式需要列車在接近道岔時先建立與控制箱的連接才能實現(xiàn)對道岔的遙控，因此存在一定的延時。這兩種方式在成本上基本持平，需根據(jù)具體線路條件和運營需求進(jìn)行比選。

4? 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代有軌電車具有經(jīng)濟(jì)美觀、節(jié)能環(huán)保和運量適中等特點，我們必須結(jié)合有軌電車線路的運行場景和工程條件等需求，同時針對各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行對比分析，才能設(shè)計出真正適用于不同有軌電車線路的可靠的信號系統(tǒng)方案，以保障運營安全和效率。

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