智軌信號(hào)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方案研究

趙 帥

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州 510000）

1 概述

近年來(lái)，隨著中國(guó)城市規(guī)模和人口數(shù)量的不斷擴(kuò)大，交通擁堵成為城市發(fā)展過(guò)程中較為棘手的問(wèn)題，在城市軌道交通和道路公共交通之外，人們尋求一種新的解決方式，來(lái)解決大城市城郊、中小城市城區(qū)以及“最后1公里”的出行問(wèn)題。由中車株洲電力機(jī)車研究所研制的一種新型城市交通方案——智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)（Autonomous Rail Rapid Transit，ART），智軌列車采用目前軌道交通中流行的100%低地板設(shè)計(jì)，其可雙向行駛的多編組膠輪車，是一種具有軌跡跟隨能力的全電驅(qū)動(dòng)的新型膠輪列車。智軌采用虛擬軌道導(dǎo)向，只需路面噴涂軌跡標(biāo)識(shí)線，無(wú)需物理軌道鋪設(shè)。智軌列車可適應(yīng)多種路權(quán)形式，在半專有路權(quán)下，智軌列車可基于圖像識(shí)別、車地通信、線控轉(zhuǎn)向等技術(shù)進(jìn)行有人操控的輔助駕駛，也可由司機(jī)操縱方向盤跟蹤地面軌跡線行駛，在專有路權(quán)下，可基于視覺(jué)、雷達(dá)、激光等感知融合的車輛縱橫向控制，實(shí)現(xiàn)有人值守的全自動(dòng)駕駛。

智軌作為一種全新的城市交通解決方案，具有與城市軌道交通、現(xiàn)代有軌電車等其他交通方式不同的特點(diǎn)，下節(jié)將論述智軌系統(tǒng)的特點(diǎn)。

2 智軌系統(tǒng)的特點(diǎn)

智軌是一種新型全電驅(qū)動(dòng)的新型膠輪列車，無(wú)物理軌道，基于圖像識(shí)別、車地通信、線控轉(zhuǎn)向等技術(shù)，智軌列車沿地面標(biāo)線行駛。智軌系統(tǒng)特點(diǎn)可概括如下。

1）資金成本投入低

無(wú)需鋪設(shè)鋼軌，對(duì)道路破壞性小；整車重量小，單軸承載低，在既有路面，無(wú)需對(duì)橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)；可借助現(xiàn)有的道路交通管理系統(tǒng)，在運(yùn)輸?shù)缆飞系男盘?hào)系統(tǒng)無(wú)需大批量、大投入改造。

2）基礎(chǔ)建設(shè)周期短

以繪制地面標(biāo)志線代替鋼軌鋪設(shè)，施工期短；可借用城市現(xiàn)有道路運(yùn)營(yíng)，縮短了道路規(guī)劃、拆遷和建設(shè)周期，預(yù)計(jì)從項(xiàng)目立項(xiàng)到全部運(yùn)力上線僅需12個(gè)月。

3）運(yùn)營(yíng)靈活、適應(yīng)性高

無(wú)需鋪設(shè)鋼軌，可采用共享路權(quán)方式，運(yùn)營(yíng)線布置靈活；發(fā)生交通擁堵或事故時(shí)，可以繞道行駛，調(diào)度靈活；轉(zhuǎn)彎半徑小，雙向行駛，可以在老城區(qū)相對(duì)狹窄的道路運(yùn)行。

3 株洲智軌信號(hào)系統(tǒng)方案研究

株洲智軌工程線路基本沿地面敷設(shè)，與地面公共交通交叉運(yùn)行，因此傳統(tǒng)軌道交通的信號(hào)系統(tǒng)并不適用，應(yīng)采用人工駕駛為主的方式保證行車安全。智軌無(wú)物理軌道，因此株洲智軌信號(hào)系統(tǒng)主要包括調(diào)度管理系統(tǒng)、車地?zé)o線通信系統(tǒng)、路口優(yōu)先控制系統(tǒng)和車載信號(hào)系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，軌旁傳輸系統(tǒng)和車地?zé)o線通信由通信專業(yè)建設(shè)。

通過(guò)對(duì)智軌信號(hào)系統(tǒng)需求的分析，其較現(xiàn)代有軌電車信號(hào)系統(tǒng)極大精簡(jiǎn)，在半專有路權(quán)的情況下，智軌信號(hào)系統(tǒng)核心在于列車定位方式和路口優(yōu)先的實(shí)現(xiàn)方式。智軌與現(xiàn)代有軌電車信號(hào)系統(tǒng)主要技術(shù)方案對(duì)比[1，2]如表1所示。

圖1 信號(hào)系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 Signal system architecture diagram

表1 智軌與現(xiàn)代有軌電車信號(hào)系統(tǒng)主要技術(shù)方案對(duì)比表Tab.1 Comparison of main technical schemes of ART and modern tram signal system

4 列車定位

控制中心是保證智軌列車安全、準(zhǔn)時(shí)、可靠和高效運(yùn)行的基本保障設(shè)施，需要對(duì)全線智軌列車進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視，完成對(duì)列車的行車調(diào)度和緊急事件處理。因此列車的定位是必要的。

現(xiàn)代有軌電車列車定位的方式有多種，目前國(guó)內(nèi)廣泛采用基于“衛(wèi)星定位+信標(biāo)”的組合定位方式[3]。由于智軌系統(tǒng)無(wú)物理軌道敷設(shè)，因此傳統(tǒng)城市軌道交通制式系統(tǒng)安裝在軌道的定位設(shè)備無(wú)法應(yīng)用，僅僅采用衛(wèi)星定位又會(huì)存在定位誤差，且列車在經(jīng)過(guò)高架橋下或地下等地段會(huì)造成定位丟失，因此智軌的定位采用以“衛(wèi)星全球定位技術(shù)+電子地圖”的組合定位方式，以衛(wèi)星定位為主[4]，通過(guò)列車速度和線路數(shù)據(jù)庫(kù)等信息對(duì)列車位置進(jìn)行校正。在列車內(nèi)安裝衛(wèi)星定位終端設(shè)備，通過(guò)差分計(jì)算[5]，獲得列車當(dāng)前位置，結(jié)合列車當(dāng)前速度和線路數(shù)據(jù)信息對(duì)列車位置進(jìn)行校正，并將列車準(zhǔn)確位置通過(guò)車地?zé)o線通信系統(tǒng)發(fā)送至控制中心運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)，經(jīng)處理后在調(diào)度大廳大屏幕上顯示列車所在位置。

5 路口優(yōu)先

在半專有路權(quán)下，智軌列車與社會(huì)車輛共享路口路權(quán)，行車效率主要受制于路口通過(guò)，如果列車頻繁在路口前停車增加啟停次數(shù)，則會(huì)降低行車效率[6]。在交叉路口處配置路口優(yōu)先控制系統(tǒng)，通過(guò)與市政交通信號(hào)控制系統(tǒng)接口，采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)先控制策略，實(shí)現(xiàn)提高路口通過(guò)效率，保證運(yùn)行準(zhǔn)點(diǎn)高效的目的。路口控制模式通常有絕對(duì)優(yōu)先和相對(duì)優(yōu)先兩種方式[7]。絕對(duì)優(yōu)先控制可以保證有軌電車通過(guò)路口的優(yōu)先權(quán)。相對(duì)優(yōu)先方式則不一定能保證智軌列車優(yōu)先通過(guò)路口。

智軌列車通過(guò)車地?zé)o線通信系統(tǒng)將優(yōu)先請(qǐng)求信息發(fā)送至地面有線傳輸系統(tǒng)，路口信號(hào)優(yōu)先控制器通過(guò)地面有線傳輸系統(tǒng)獲取車輛優(yōu)先請(qǐng)求信息，并將相應(yīng)的車輛優(yōu)先請(qǐng)求信息發(fā)送至道路交通信號(hào)控制機(jī)，由其進(jìn)行優(yōu)先處理。車載控制單元實(shí)時(shí)向路口信號(hào)優(yōu)先控制器發(fā)送當(dāng)前車輛的位置、車速、車輛行車方向等信息，路口信號(hào)優(yōu)先控制器經(jīng)過(guò)信息處理后，向道路交通信號(hào)控制機(jī)發(fā)送優(yōu)先請(qǐng)求，由道路交通信號(hào)控制機(jī)實(shí)施車輛優(yōu)先通行策略[8]。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市交通擁堵問(wèn)題日漸凸顯，傳統(tǒng)城市軌道交通等其他制式交通系統(tǒng)雖然能緩解城市交通壓力，但是建造成本高、基礎(chǔ)建設(shè)周期長(zhǎng)及運(yùn)營(yíng)靈活性差。智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)憑借其投資低、建設(shè)周期短、靈活的運(yùn)營(yíng)組織等優(yōu)勢(shì)成為交通運(yùn)輸領(lǐng)域新的關(guān)注熱點(diǎn)。本文主要對(duì)信號(hào)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方案進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)智能軌道快運(yùn)系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究，旨在為智軌信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)提供一些借鑒和參考。