云巴膠輪有軌電車信號(hào)系統(tǒng)方案研究

左飛

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

我國(guó)城市軌道交通飛速發(fā)展，可有效緩解地面交通壓力，成為許多大城市走向現(xiàn)代化的標(biāo)志[1]。云巴膠輪有軌電車由于造價(jià)低、建設(shè)周期短、后期運(yùn)營(yíng)成本低，屬于低運(yùn)量交通系統(tǒng)，系統(tǒng)體量和規(guī)模更小，運(yùn)營(yíng)更靈活，采用動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)，最小曲線半徑可達(dá)15 m，在節(jié)約用地上有明顯優(yōu)勢(shì)。云巴膠輪有軌電車信號(hào)系統(tǒng)作為保證行車安全和提高運(yùn)輸效率的重要部分，其可靠性直接關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。云巴膠輪有軌電車車輛在高架上運(yùn)營(yíng)，軌旁設(shè)備安裝空間有限，因此選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ê?jiǎn)化信號(hào)系統(tǒng)在車站和軌旁的設(shè)備至關(guān)重要。

1 云巴膠輪有軌電車

云巴實(shí)際是一種膠輪有軌電車，是比亞迪打造的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、不占用道路資源、具有獨(dú)立路權(quán)的小運(yùn)量膠輪有軌電車系統(tǒng)，屬于現(xiàn)代有軌電車中的一種新系統(tǒng)。云巴有助于解決城市交通擁堵，提升城市交通出行效率；有助于構(gòu)建現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系，打通城市交通微循環(huán)；有助于打造軌道上的城市，有利于塑造現(xiàn)代化、國(guó)際化的城市形象。云巴是車輛采用橡膠輪胎沿U形軌道梁上方行走的低運(yùn)量交通系統(tǒng)，導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪鑲嵌于軌道梁的內(nèi)側(cè)，可保證車輛沿軌道安全平穩(wěn)行駛（見(jiàn)圖1）。

2 云巴信號(hào)系統(tǒng)特殊需求

圖1 坪山云巴試驗(yàn)線

信號(hào)系統(tǒng)作為云巴交通的重要組成部分，保證安全、提高運(yùn)輸效率、降低成本應(yīng)列為其首要目標(biāo)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化，并盡可能實(shí)現(xiàn)免維護(hù)、無(wú)人值守。云巴與傳統(tǒng)輪軌交通的信號(hào)系統(tǒng)存在一定區(qū)別：

（1）云巴交通方式采用水泥梁和橡膠輪胎，無(wú)法采用軌道電路確定列車位置，并且梁上的空間狹小，必須采用特殊方式來(lái)安裝軌旁設(shè)備。

（2）云巴交通方式的道岔（見(jiàn)圖2）與鋼輪鋼軌道岔完全不同，除使用單開(kāi)道岔外，還使用三開(kāi)、五開(kāi)道岔，因此在聯(lián)鎖系統(tǒng)和道岔系統(tǒng)中必須進(jìn)行特殊處理和合理分工，以確保行車安全。目前道岔系統(tǒng)不在信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)，而是由軌道與信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)接口的方式，互相傳遞道岔控制信息、位置信息與工作狀態(tài)信息等，從而完成道岔的位置轉(zhuǎn)換。道岔由信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，分為集中控制、現(xiàn)場(chǎng)控制、手動(dòng)控制3種方式，手動(dòng)控制優(yōu)先級(jí)最高，集中控制由設(shè)置在車站及段場(chǎng)的遠(yuǎn)程控制終端操作。

（3）云巴交通方式基本采用高架線路，道岔非接通位置是懸空的，因此，必須采取特殊措施，防止列車錯(cuò)誤出發(fā)[2]。列車在區(qū)間時(shí)，列車外部為懸空空間，因此，必須采取特殊措施，防止列車錯(cuò)誤打開(kāi)車門(mén)。

圖2 云巴道岔

3 云巴信號(hào)系統(tǒng)創(chuàng)新方案

CBTC技術(shù)是列車控制技術(shù)的發(fā)展方向，代表了國(guó)際自動(dòng)控制領(lǐng)域的先進(jìn)水平[3]。移動(dòng)閉塞系統(tǒng)提供“實(shí)時(shí)跟隨”的速度-距離模式曲線，列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（ATP）的目標(biāo)點(diǎn)始終跟隨著前行車的移動(dòng)而移動(dòng)，移動(dòng)閉塞可縮短行車間隔時(shí)間，提供比準(zhǔn)移動(dòng)閉塞更優(yōu)的追蹤間隔，有利于列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）的列車自動(dòng)調(diào)整功能、降低車輛運(yùn)行能耗、提高時(shí)刻表列車的正點(diǎn)率等。

傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)正線普遍采用車地通信信號(hào)單獨(dú)承載方案、地面繼電器聯(lián)鎖方案、計(jì)軸完成列車占用檢查方案。傳統(tǒng)CBTC架構(gòu)大量的軌旁設(shè)備和相應(yīng)的電纜不僅加大了建設(shè)投資和施工難度，而且復(fù)雜的系統(tǒng)也增加了運(yùn)營(yíng)成本，尤其不適用于云巴高架區(qū)段，必須在滿足安全運(yùn)營(yíng)的前提下，探索出一條適用于云巴的全新CBTC系統(tǒng)方案。

3.1 車地?zé)o線通信LTE-U綜合承載技術(shù)

與無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)相比，LTE技術(shù)在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)車地通信應(yīng)用方面具有抗干擾能力強(qiáng)、可維護(hù)性能好、支持列車高速運(yùn)行下雙向通信等特點(diǎn)。LTE技術(shù)與WLAN技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

在城市軌道交通各系統(tǒng)中，信號(hào)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)（PIS）及車載視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）要求實(shí)現(xiàn)車地雙向?qū)崟r(shí)、連續(xù)通信，因此可以采用信號(hào)單獨(dú)組網(wǎng)和構(gòu)建綜合承載網(wǎng)2種方案。構(gòu)建統(tǒng)一的車地?zé)o線通信平臺(tái)、綜合承載多個(gè)專業(yè)的車地信息是軌道交通發(fā)展趨勢(shì)[4]?；贚TE技術(shù)承載多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在高速移動(dòng)狀態(tài)下，提供滿足帶寬、穩(wěn)定性，具有服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障和實(shí)時(shí)性要求的信號(hào)列控信息（雙向）、車載PIS實(shí)時(shí)播放（下行）、車載視頻監(jiān)控圖像回傳（上行）等車地?zé)o線數(shù)據(jù)多業(yè)務(wù)承載[5]。

表1 LTE技術(shù)與WLAN技術(shù)對(duì)比

云巴采用雙網(wǎng)綜合承載，A網(wǎng)承載信號(hào)系統(tǒng)，B網(wǎng)承載信號(hào)系統(tǒng)、PIS、CCTV、集群調(diào)度等業(yè)務(wù)[6]。云巴采用LTE-U技術(shù)，無(wú)需許可證的開(kāi)放頻段，無(wú)需額外申請(qǐng)頻段使用權(quán)。信號(hào)和通信各子系統(tǒng)通過(guò)物理分割不同的信道承載，靈活的QoS機(jī)制保證了數(shù)據(jù)的安全傳輸，降低了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，從而實(shí)現(xiàn)資源整合，節(jié)省了安裝空間，減少了施工、配合、協(xié)調(diào)工作量，有利于工程實(shí)施。

3.2 全電子聯(lián)鎖

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖以計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系，是軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的核心組成子系統(tǒng)[7]。云巴聯(lián)鎖子系統(tǒng)在原有全電子目標(biāo)控制器基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，取消傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖中的繼電器接口部分[8]，采用電子執(zhí)行單元直接控制信號(hào)設(shè)備，聯(lián)鎖執(zhí)行邏輯與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖相同，且簡(jiǎn)化了系統(tǒng)施工和配線的工作量[9]，具有占用空間小、總投資低、維護(hù)工作量小、易擴(kuò)展、高冗余性等特點(diǎn)。全電子聯(lián)鎖技術(shù)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖對(duì)比見(jiàn)表2。

全電子計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖分為邏輯層、執(zhí)行層和通信控制器層，其中邏輯層和通信控制器層采用安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)，執(zhí)行層采用全電子執(zhí)行模塊（見(jiàn)圖3）。

3.3 融合定位技術(shù)

目前在軌道交通領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的CBTC系統(tǒng)采用高精度的列車定位和連續(xù)、高速、雙向的數(shù)據(jù)通信，通過(guò)車載和地面安全設(shè)備控制列車[10]。

表2 全電子聯(lián)鎖與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖對(duì)比

圖3 云巴全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，云巴采用先進(jìn)的衛(wèi)星定位、UWB定位技術(shù)、速度傳感器三者融合定位方式，沿線無(wú)需安裝軌旁設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖、移動(dòng)閉塞等，能夠提高列車速度、縮短列車運(yùn)行間隔[11]。融合定位技術(shù)架構(gòu)見(jiàn)圖4。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖4 融合定位技術(shù)架構(gòu)

云巴膠輪有軌電車是現(xiàn)代有軌電車中的一種新系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)作為其核心組成，在輕量化、集成化方面作出了諸多嘗試，在工程實(shí)施過(guò)程中也有很多創(chuàng)新，在滿足運(yùn)營(yíng)要求的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)降低成本和施工難度的目的。云巴信號(hào)系統(tǒng)在傳統(tǒng)CBTC系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用LTE-U綜合承載、全電子聯(lián)鎖、融合定位等技術(shù)，減少了車站和軌旁設(shè)備，提高了列車運(yùn)行效率，從而提升了整體服務(wù)質(zhì)量和水平。