現(xiàn)代有軌電車信號控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述

高建云 李佳楓

1.中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司華中區(qū)域指揮部 湖北 武漢 430063

2.北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院 北京 100000

正文：

1 前言

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(yùn)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(yùn)營的基礎(chǔ)條件，起到保證運(yùn)行安全、提高運(yùn)行效率的重要作用。因有軌電車運(yùn)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。本文重點(diǎn)對運(yùn)行中問題比較突出的有軌電車正線道岔控制、路口優(yōu)先控制、車輛位置監(jiān)測系統(tǒng)展開研究，為方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

2 信號系統(tǒng)需求

2.1 正線道岔控制

與傳統(tǒng)地鐵或輕軌不同，有軌電車無安全間隔控制需求、無超速防護(hù)需求，僅在交叉路口或路線分歧處需設(shè)道岔，當(dāng)有軌電車接近時，必須確保道岔的可靠性，同時要以信號的形式給予指示，為列車安全通過提供有效保障。

2.2 路口優(yōu)先控制

因地面交通狀況隨機(jī)，有軌電車信號不完全封閉，無閉塞區(qū)間控制。在運(yùn)行中，有軌電車運(yùn)行效率受社會車輛及行人影響較大。如何有效解決該問題，提高其通行效率函待解決。

2.3 車輛接近檢測

有軌電車車輛接近狀況的檢測對其安全運(yùn)行至關(guān)重要。因受到城市車輛、行人、建筑物等因素干擾，如何采用有效的檢測技術(shù)，控制有軌電車運(yùn)行是關(guān)鍵。

3 控制方案分析

3.1 道岔控制系統(tǒng)

結(jié)合已建成的蘇州、南京、珠海、沈陽等城市的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，同時參考鐵路信號控制系統(tǒng)的成熟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，目前有軌電車道岔控制方式可以分為聯(lián)鎖集中控制方式和分散控制方式兩種。

1）方案1：聯(lián)鎖集中控制。集中控制的相鄰幾個道岔區(qū)設(shè)置一套聯(lián)鎖主機(jī)，聯(lián)鎖邏輯按傳統(tǒng)運(yùn)行方式，聯(lián)鎖控制區(qū)劃分類似于地鐵模式。進(jìn)路控制道岔分為自動、人工辦理。不設(shè)置車地通信設(shè)備。自動辦理進(jìn)路要以時刻表為基礎(chǔ)。

改方案的實(shí)施好處是有效降低了軌道旁邊的主機(jī)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了道岔的高效集中管理。其不足之處在于必須按照國家鐵路或者城市地鐵的配置標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施方案，在恰當(dāng)?shù)牡胤桨才怕?lián)鎖站，同時控制中心配備獨(dú)立的用房，并且需要在沿線敷設(shè)足夠多的光纜電纜，要特別注意軌道用電電路的安裝環(huán)境，不僅僅耗資比較多而且還影響到治線的置觀；對道岔可靠性的控制必須依賴控制中心的時刻表，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。

2）方案2：分散控制。道岔控制設(shè)備分散在軌旁道岔附近，包括控制主機(jī)、岔區(qū)車地?zé)o線通信設(shè)備（感應(yīng)環(huán)線或WLAN）、列車定位設(shè)備（RFID或交叉感應(yīng)環(huán)線）、進(jìn)路指示器。

分散控制方式不需要經(jīng)過中心或車站辦理，完全由列車和軌旁道岔控制設(shè)備的交互實(shí)現(xiàn)道岔控制，控制方式更為靈活，僅需通過交互式的車地聯(lián)動即可完成道岔控制，結(jié)構(gòu)上可以實(shí)現(xiàn)小型化，更適宜作為正線道岔控制系統(tǒng)控制模式。由于是多點(diǎn)的分散控制，可節(jié)約大量的光電纜及相關(guān)的電纜溝槽，降低建設(shè)成本。

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(shí)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 車輛接近檢測子系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過GPS、感應(yīng)環(huán)線、視頻識別、數(shù)字聲波及DSRC射頻系統(tǒng)等技術(shù)，檢測交叉路口有軌電車的靠近情況。已建成線路均設(shè)置了該系統(tǒng)，但受城市建筑布局、社會車輛等外界因素干擾，系統(tǒng)實(shí)施方案均有差異。

1）基于GPS技術(shù)的檢測系統(tǒng)。目前應(yīng)用較為廣泛，主要由車內(nèi)單元和車外單元組成。通過定向天線、中央處理器和射頻發(fā)射器工作，車內(nèi)單元定時地發(fā)射含有車輛位置信息的數(shù)據(jù)包，車外單元接收數(shù)據(jù)后，通過中央處理器進(jìn)行信號優(yōu)先決策。該方案不受視線和天氣條件的影響，能夠提供連續(xù)、實(shí)時的高精度位置、速度和時間信息，但存在衛(wèi)星間斷性盲區(qū)、地面建筑物干擾、安裝維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)，制約其工程應(yīng)用。

2）基于感應(yīng)環(huán)線的檢測系統(tǒng)。由異頻雷達(dá)發(fā)射裝置、感應(yīng)線圈、接收裝置三部分組成。該系統(tǒng)安裝過程對可靠性和壽命影響大、修理或安裝需中斷交通，在交叉路口環(huán)境下，易被重型車輛、路面修理等損壞等缺點(diǎn)，影響信號優(yōu)先系統(tǒng)的實(shí)施。

3）基于DSRC的檢測系統(tǒng)。DSRC是基于長距離RFID射頻識別的微波無線傳輸技術(shù)，主要由車載單元、路側(cè)單元以及專用短程通信協(xié)議組成，具有大容量、高速率、低時延等優(yōu)點(diǎn)。

在有軌電車的車輛接近檢測中，DSRC可為車與路間提供單向或雙向交互式通信，使車輛能夠使用交通信息網(wǎng)絡(luò)中的各種資源，從而將車和路有機(jī)地連接起來。58GHz系統(tǒng)DSRC協(xié)議的基礎(chǔ)技術(shù)可保證其至少有30米的雙向通訊距離，滿足有軌列車接近檢測及數(shù)據(jù)的實(shí)時、準(zhǔn)確傳輸。

另外，基于射頻識別(RFID)技術(shù)的“點(diǎn)式定位”系統(tǒng)通過射頻信號自動識別、無需可見光，具有穿透性、環(huán)境工況要求低、識別距離遠(yuǎn)、識別速度快、無接觸等優(yōu)點(diǎn)，適用于有軌電車交義路口的識別，可作為其路口優(yōu)先控制首選方案。

4 結(jié)論

本文以研究現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行工況及信號控制需求為出發(fā)點(diǎn)，將其與傳統(tǒng)地鐵、鐵路的信號控制加以區(qū)別，分別對正線道岔控制、路口優(yōu)先控制、車輛位置監(jiān)測技術(shù)方案進(jìn)行分析對比，給出了最優(yōu)方案，為現(xiàn)代有軌電車安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。