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

閻東生?董立偉

摘 要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸行業(yè)也發(fā)生了翻天覆地的變化，一代一代先進(jìn)的交通運(yùn)輸工具走進(jìn)人們的生活中。但現(xiàn)代城市交通運(yùn)輸中，有軌電車(chē)始終占有著重要的位置。曾幾何時(shí)，有軌電車(chē)已經(jīng)淡出人們的視野，被很多現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具取代。但如今，有軌電車(chē)重獲新生，特別是近幾年有軌電車(chē)的發(fā)展十分迅速，并且在現(xiàn)代交通體系中扮演者舉足輕重的角色。與地鐵、輕軌相比，有軌電車(chē)的信息控制系統(tǒng)和控制策論具有很大的特殊性，本文將對(duì)現(xiàn)代有軌電車(chē)路口控制策略進(jìn)行深入的分析，以推動(dòng)我國(guó)有軌電車(chē)的持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代有軌電車(chē);信號(hào)系統(tǒng);控制技術(shù)

自有軌電車(chē)誕生以來(lái)，使得世界各國(guó)的公共交通運(yùn)輸工具發(fā)生了巨大的變化，一時(shí)間有軌電車(chē)得到了繁榮的發(fā)展。但隨著技術(shù)的革新、科技的發(fā)展，有軌電車(chē)也遇到了絕跡的窘境，但在今天現(xiàn)代有軌電車(chē)又再一次登上了新時(shí)代的舞臺(tái)，迎接著偉大的復(fù)興，煥發(fā)出勃勃生機(jī)?，F(xiàn)代有軌電車(chē)的交叉口優(yōu)先控制策略是提高運(yùn)行效率的關(guān)鍵之處，因此對(duì)現(xiàn)代有軌電車(chē)路口控制策略進(jìn)行分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)代有軌電車(chē)的概述

1.1 現(xiàn)代有軌電車(chē)的定義

有軌電車(chē)也稱路面電車(chē)，簡(jiǎn)稱為電車(chē)。它是指在軌道上形式的輕型軌道交通工具，現(xiàn)代有軌電車(chē)是采用的電力驅(qū)動(dòng)方式，在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生廢氣排放問(wèn)題，因此是當(dāng)代無(wú)污染的環(huán)保交通工具之一。有軌電車(chē)在類別上屬于輕鐵類，通常情況下，一輛有軌電車(chē)設(shè)有5節(jié)車(chē)廂，這是為了減少電車(chē)行駛時(shí)對(duì)道路空間的占用量。自我國(guó)使用有軌電車(chē)以來(lái)，我國(guó)現(xiàn)代有軌電車(chē)的發(fā)展規(guī)模已經(jīng)十分的龐大，使現(xiàn)代有軌電車(chē)的形式得到了進(jìn)一步的豐富。

1.2 現(xiàn)代有軌電車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn)

現(xiàn)代有軌電車(chē)共有五大優(yōu)點(diǎn)。第一，建筑成本低。對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代的中型城市來(lái)講，現(xiàn)代有軌電車(chē)是實(shí)用廉宜的公共交通工具。第二，建設(shè)難度低?，F(xiàn)代有軌電車(chē)屬于路面電車(chē)，因此不需要在地下挖掘特殊隧道。第三，安全系數(shù)高。與其他公共交通工具相比，現(xiàn)代有軌電車(chē)發(fā)生交通意外的幾率更低。第四，環(huán)保系數(shù)高。現(xiàn)代有軌電車(chē)是采用電力驅(qū)動(dòng)，在行駛過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生廢氣，可以做到無(wú)污染。第五，可共同使用車(chē)道。雖然現(xiàn)代有軌電車(chē)需要占用路面修建電車(chē)軌道但，一般情況下現(xiàn)代有軌電車(chē)的軌道都是采用槽型軌，不會(huì)影響路面汽車(chē)的正常使用，因此能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)和有軌電車(chē)共用車(chē)道。

現(xiàn)代有軌電車(chē)共有三大缺點(diǎn)。第一，行駛速度慢。與輕軌和地鐵相比，現(xiàn)代有軌電車(chē)的行駛速度較慢。第二，載客能力小。與輕軌和地鐵相比，現(xiàn)代有軌電車(chē)的車(chē)廂數(shù)數(shù)較少，因此載客量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地鐵和輕軌的載客量。第三，架設(shè)電纜占道。與其他公共交通工具相比，現(xiàn)代有軌電車(chē)需要使用架空電纜。

1.3 現(xiàn)代有軌電車(chē)的特點(diǎn)

按照現(xiàn)代有軌電車(chē)的走行系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行劃分可以分為兩種制式，一是鋼輪鋼軌，二是膠輪導(dǎo)軌。此處以鋼輪鋼軌制式的現(xiàn)代有軌電車(chē)為主對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行分析，現(xiàn)代有軌電車(chē)主要具有三大特點(diǎn)。第一，技術(shù)成熟、可靠性高?，F(xiàn)如今現(xiàn)代有軌電車(chē)已經(jīng)遍布全球，有軌電車(chē)的系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到十分成熟的地步，具有較高的可靠性。第二，適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性強(qiáng)?，F(xiàn)代有軌電車(chē)在城市道路中表現(xiàn)出了較強(qiáng)的適應(yīng)性，而多種技術(shù)的綜合應(yīng)用又使得現(xiàn)代有軌電車(chē)具有更強(qiáng)的靈活性。第三，安全舒適，節(jié)能環(huán)保?，F(xiàn)代有軌電車(chē)沿著軌道行駛，速度慢使其更加穩(wěn)定，從而降低人為因素風(fēng)險(xiǎn)。此外，現(xiàn)代有軌電車(chē)的緊急制動(dòng)具有減速大、制動(dòng)迅速的特點(diǎn)，因此在緊急情況下也可以保證行車(chē)的安全。現(xiàn)代有軌電車(chē)在節(jié)能環(huán)保方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，能耗低、無(wú)廢氣排放、噪音小是現(xiàn)代有軌電車(chē)復(fù)興的根源。同時(shí)現(xiàn)代有軌電車(chē)使用可循環(huán)材料，使其更加節(jié)能環(huán)保。

2 現(xiàn)代有軌電車(chē)信號(hào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

在現(xiàn)代有軌電車(chē)的信號(hào)控制系統(tǒng)中，主要的組成部分包括交叉路口控制子系統(tǒng)、交叉路口運(yùn)營(yíng)調(diào)度和指揮子系統(tǒng)、智能車(chē)載控制子系統(tǒng)以及路口優(yōu)先控制子系統(tǒng)。以下是對(duì)現(xiàn)代有軌電車(chē)信號(hào)控制系統(tǒng)的功能分析：

2.1 交叉路口控制子系統(tǒng)

交叉路口控制子系統(tǒng)在現(xiàn)代有軌電車(chē)的運(yùn)行安全中發(fā)揮著核心性作用，該子系統(tǒng)的應(yīng)用功能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，有軌電車(chē)接近檢測(cè)功能，通過(guò)該系統(tǒng)，可以對(duì)有軌電車(chē)是否駛近進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)到有軌電車(chē)接近，借助于該系統(tǒng)也可以為其自動(dòng)辦理進(jìn)路。第二，道旁控制道岔功能，借助于該系統(tǒng)，可以進(jìn)行良好的道岔防護(hù)工作，并實(shí)現(xiàn)有軌電車(chē)的進(jìn)路辦理與解鎖處理。第三，借助于該系統(tǒng)，可以將相應(yīng)的進(jìn)路狀態(tài)信息發(fā)送給有軌電車(chē)，同時(shí)也可以將相應(yīng)的進(jìn)路狀態(tài)信息發(fā)送給運(yùn)營(yíng)調(diào)度和指揮子系統(tǒng)。第四，如果該系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將會(huì)將自身的故障狀態(tài)報(bào)警信息發(fā)送給運(yùn)營(yíng)調(diào)度和指揮子系統(tǒng)，且在未發(fā)生故障的情況下也可向其發(fā)送自身的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。

2.2 交叉路口運(yùn)營(yíng)指揮和調(diào)度子系統(tǒng)

在現(xiàn)代有軌電車(chē)的運(yùn)行過(guò)程中，交叉路口運(yùn)營(yíng)指揮和調(diào)度子系統(tǒng)可以為其通暢運(yùn)行提供關(guān)鍵性的保障，該子系統(tǒng)的應(yīng)用功能主要表現(xiàn)在以下的幾個(gè)方面：第一，該系統(tǒng)可以顯示出有軌電車(chē)線路的實(shí)時(shí)狀態(tài)。第二，通過(guò)該系統(tǒng)，可以對(duì)有軌電車(chē)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。第三，借助于該系統(tǒng)，可以對(duì)有軌電車(chē)的運(yùn)行時(shí)刻表進(jìn)行管理和編制。第四，借助于該系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出有軌電車(chē)的到站時(shí)間、提前時(shí)間和晚點(diǎn)時(shí)間。第五，該系統(tǒng)可以顯示和記錄有軌電車(chē)相應(yīng)的操作信息和報(bào)警信息。第六，該系統(tǒng)可以和其他的外部系統(tǒng)之間進(jìn)行接口。第七，該系統(tǒng)也具備系統(tǒng)時(shí)鐘功能。

2.3 智能車(chē)載子系統(tǒng)

智能車(chē)載子系統(tǒng)的主要功能表現(xiàn)在以下的幾個(gè)方面：第一，通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對(duì)有軌電車(chē)進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，并對(duì)其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)，借助于系統(tǒng)中的GPRS，可以將獲取到的有軌電車(chē)位置信息和速度信息發(fā)送到交叉路口運(yùn)營(yíng)調(diào)度和指揮子系統(tǒng)。第二，通過(guò)該系統(tǒng)，可以對(duì)控制終端以及司機(jī)所輸入的相應(yīng)命令信息進(jìn)行接收，在有軌電車(chē)從環(huán)線區(qū)域中通過(guò)時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)將接收到的指令信息發(fā)送到交叉路口控制子系統(tǒng)以及路口優(yōu)先選擇子系統(tǒng)。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的進(jìn)路辦理以及優(yōu)先通過(guò)。第三，借助于該系統(tǒng)，可以對(duì)交叉路口進(jìn)行人工遙控。第四，在有軌電車(chē)接近交叉路口區(qū)域時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)將交叉路口區(qū)段內(nèi)的實(shí)時(shí)狀態(tài)呈現(xiàn)在有軌電車(chē)內(nèi)的人機(jī)交互界面上。第五，該系統(tǒng)可顯示出有軌電車(chē)的實(shí)施運(yùn)行速度、限速情況以及預(yù)計(jì)到站時(shí)間等的各項(xiàng)信息。

2.4 路口優(yōu)先選擇子系統(tǒng)

在現(xiàn)代有軌電車(chē)的運(yùn)行過(guò)程中，路口優(yōu)先選擇系統(tǒng)是保障其準(zhǔn)時(shí)率和運(yùn)行效率的關(guān)鍵系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，借助于該系統(tǒng)，可以對(duì)有軌電車(chē)是否接近進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)到有軌電車(chē)接近時(shí)，該系統(tǒng)可以將優(yōu)先通過(guò)請(qǐng)求及時(shí)發(fā)送給公路信號(hào)燈控制系統(tǒng)。第二，借助于該系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交叉路口占用情況的檢測(cè)，如果交叉路口正在被占用，該系統(tǒng)可以將禁止通行的命令發(fā)送給公交信號(hào)燈控制系統(tǒng)。第三，借助于該系統(tǒng)，可以對(duì)信號(hào)機(jī)顯示進(jìn)行控制，同時(shí)也可以將信號(hào)機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息發(fā)送給有軌電車(chē)。

3 現(xiàn)代有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)的控制技術(shù)

在現(xiàn)代有軌電車(chē)的信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，最主要的控制技術(shù)就是對(duì)有軌電車(chē)在交叉路口的通行進(jìn)行控制，在保障有軌電車(chē)通行順暢性的基礎(chǔ)上保障其他車(chē)輛的順利通行。

3.1 正常情況下現(xiàn)代有軌電信號(hào)系統(tǒng)控制技術(shù)

在對(duì)正常情況下現(xiàn)代有軌電車(chē)路口控制策略進(jìn)行分析時(shí)，主要通過(guò)綠燈延長(zhǎng)通過(guò)路口、綠燈提前通過(guò)路口、有軌電車(chē)離去路口這三種策略進(jìn)行控制。

首先，綠燈延長(zhǎng)通過(guò)路口。當(dāng)現(xiàn)代有軌電車(chē)在行駛過(guò)程中檢測(cè)到電車(chē)到達(dá)路口時(shí)是綠燈末期，正常行駛下無(wú)法順利通過(guò)該路口時(shí)，需要對(duì)綠燈信號(hào)進(jìn)行延長(zhǎng)，以保證有軌電車(chē)能夠順利通過(guò)路口。綠燈延長(zhǎng)控制策略能夠使本項(xiàng)為的公交車(chē)輛延誤減少，但同時(shí)也會(huì)使其他相位的擁堵情況加重，在路口車(chē)流量較大時(shí)還會(huì)增加后繼路口的負(fù)擔(dān)。若是在城市上下班高峰時(shí)間使用綠燈延長(zhǎng)策略會(huì)使其他相位的車(chē)輛出現(xiàn)排隊(duì)過(guò)長(zhǎng)、路面擁堵的狀況，直接加劇路口的延誤時(shí)間。因此綠燈延長(zhǎng)策略并不適用于上下班高峰期，只適用于相對(duì)集中的交叉路口。

其次，綠燈提前通過(guò)路口。當(dāng)現(xiàn)代有軌電車(chē)在行駛過(guò)程中檢測(cè)到電車(chē)到達(dá)路口時(shí)是紅燈相位，需要將沖突方向的綠燈信號(hào)提前結(jié)束。當(dāng)有軌電車(chē)到達(dá)路口時(shí)，所使用的相位是綠燈相位的下一個(gè)相位，這時(shí)綠燈所運(yùn)行的時(shí)間小于最小綠燈時(shí)間，那么就將綠燈的剩余時(shí)間調(diào)整為最小綠燈時(shí)間和當(dāng)前已運(yùn)行時(shí)間之間的差值;若綠燈運(yùn)行時(shí)間大于最小綠燈時(shí)間，則將綠燈剩余的時(shí)間調(diào)整為車(chē)輛通過(guò)路口的平均時(shí)間;如果綠燈剩余時(shí)間比要調(diào)整的時(shí)間小時(shí)，則不做任何調(diào)整。上述這些操作就是綠燈提前通過(guò)路口的策略，綠燈提前策略就是為了讓任何一個(gè)相位的有軌電車(chē)能夠快速通過(guò)交叉路口，但這種方法會(huì)使每個(gè)信號(hào)周期通過(guò)的車(chē)輛數(shù)量減少，因此在車(chē)流量較大時(shí)，綠燈提前策略會(huì)降低交叉路口的通行能力。

最后，電車(chē)離去路口。當(dāng)現(xiàn)代有軌電車(chē)?yán)肎PS/BD 技術(shù)讀取到電車(chē)離開(kāi)路口位置時(shí)，就會(huì)通知調(diào)度管理系統(tǒng)，隨后經(jīng)調(diào)度管理系統(tǒng)將信息發(fā)送到道口信號(hào)系統(tǒng)，然后通知公交信號(hào)控制器。當(dāng)公交信號(hào)控制器接收到該信息時(shí)就會(huì)立即結(jié)束信號(hào)優(yōu)先請(qǐng)求，使路口恢復(fù)正常運(yùn)行秩序。

3.2 故障下現(xiàn)代有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)控制技術(shù)

當(dāng)現(xiàn)代有軌電車(chē)運(yùn)行時(shí)設(shè)備或者控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)司機(jī)人工處理和插入一個(gè)有軌電車(chē)專用相位兩種策略進(jìn)行處理。

首先，司機(jī)人工處理。將人工按鈕設(shè)計(jì)在路口的附近區(qū)域，這樣在有軌電車(chē)接近該區(qū)域時(shí)，司機(jī)就可以下車(chē)自行觸發(fā)人工按鈕，然后按照路口的紅綠燈信情況通過(guò)路口即可。當(dāng)司機(jī)觸發(fā)手動(dòng)按鈕時(shí)，智能交通信號(hào)就會(huì)按照默認(rèn)值關(guān)閉優(yōu)先請(qǐng)求信號(hào)，以維護(hù)路口的正常運(yùn)行秩序。

其次，插入一個(gè)有軌電車(chē)專用相位。當(dāng)有軌電車(chē)檢測(cè)設(shè)備或控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)每隔數(shù)個(gè)正常相位后插入一個(gè)有軌電車(chē)專用相位，使有軌電車(chē)使用該相位能夠順利通過(guò)路口。這種控制策略非常適合設(shè)有站臺(tái)的路口，這樣有軌電車(chē)就可以在站臺(tái)內(nèi)等待，不需要交叉路口進(jìn)行任何接口工作。當(dāng)電車(chē)前后的車(chē)輛通過(guò)路口時(shí)，發(fā)生前車(chē)壓車(chē)后車(chē)正常情況時(shí)，可以參照后車(chē)的接近時(shí)間，通過(guò)

交叉路口控制器將后車(chē)的接近時(shí)間信息發(fā)送給交通信號(hào)控制器，隨后司機(jī)就可以根據(jù)信號(hào)燈進(jìn)行正常行駛。

在城市交通運(yùn)輸中，現(xiàn)代有軌電車(chē)安全、高效地通過(guò)路口是電車(chē)運(yùn)營(yíng)調(diào)度中的重要工作，只有處理好電車(chē)路口優(yōu)先通行，才能夠使有軌電車(chē)實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)營(yíng)效率和經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)代有軌電車(chē)路口控制策略不僅可以保障有軌電車(chē)的運(yùn)行效率，還能夠提高有軌電車(chē)的運(yùn)行安全。希望通過(guò)本文的論述，可以對(duì)現(xiàn)代有軌電車(chē)的發(fā)展帶來(lái)幫助，使其在城市軌道交通中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，以便更好的解決我國(guó)城市交通擁堵問(wèn)題。

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