新型有軌電車道岔控制方案分析

公吉鵬

(廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，510010，廣州∥助理工程師)

1 有軌電車信號系統(tǒng)組成

有軌電車是城市公共交通運輸?shù)囊环N，采用開放式道路，與社會車輛共享路權(quán)混行，其運營牌照、駕駛員操作證照(P證)由國家交通管理部門頒發(fā)，因此有軌電車更應(yīng)納入公路交通范疇。正因如此，建設(shè)在道路上的有軌電車信號控制系統(tǒng)應(yīng)有別于其它軌道交通信號系統(tǒng)，具有更多的靈活性和自主性［1］。

有軌電車信號系統(tǒng)主要包括運營調(diào)度管理系統(tǒng)、正線道岔控制系統(tǒng)、路口控制系統(tǒng)、停車場控制系統(tǒng)、車地?zé)o線傳輸系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)間的關(guān)系如圖1所示。

有軌電車絕大部分建在地面，正線采用GPS/BD(北斗全球定位系統(tǒng))，道岔區(qū)域采用與地鐵相似的聯(lián)鎖控制。目前，國內(nèi)有軌電車均采用人工駕駛列車的方式，由司機按照運營規(guī)定駕駛，保證行車安全［2］。由此可見，道岔控制系統(tǒng)是有軌電車信號系統(tǒng)中涉及行車安全最重要的系統(tǒng)。本文對有軌電車道岔控制方案進行分析。

圖1 有軌電車信號系統(tǒng)各子系統(tǒng)關(guān)系圖

2 有軌電車道岔控制方案

本文對道岔控制方案的研究基于運營調(diào)度管理系統(tǒng)采用GPS/BD與列車位置檢測設(shè)備組合方案，以GPS/BD作為基本的列車定位模式。列車在區(qū)間或非道岔區(qū)段運行時，采用GPS/BD實時定位;列車運行至道岔區(qū)段時，采用列車位置檢測設(shè)備進行精確定位，保證行車安全。車地?zé)o線傳輸采用基于IEEE 802.11系列的無線局域網(wǎng)技術(shù)。

道岔控制系統(tǒng)與運營調(diào)度管理系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)相互協(xié)作，完成道岔控制功能。道岔控制系統(tǒng)在規(guī)定的聯(lián)鎖條件和時序下對進路、信號表示器和道岔實行控制，確保進路上軌道區(qū)段、道岔、信號表示器等信號設(shè)備之間的安全關(guān)系。對于涉及安全的操作，應(yīng)遵循“故障－安全”原則;對于來自操作設(shè)備的錯誤操作，應(yīng)具備有效的防護能力。道岔控制系統(tǒng)采用模塊化和靈活的設(shè)計。有軌電車道岔控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 有軌電車道岔控制系統(tǒng)

正線道岔控制系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)轍機(地埋式)、地面控制箱、無線通信單元、進路表示器、列車位置檢測設(shè)備、電源設(shè)備等。車載和地面采用無線通信進行數(shù)據(jù)交換。

2.1 道岔控制方式

根據(jù)系統(tǒng)特點，道岔控制方式可分為自動進路控制和車載遙控兩種。

2.1.1 自動進路控制

運營調(diào)度管理系統(tǒng)將當(dāng)日的列車時刻表通過軌旁光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸至沿線的每個道岔控制器，并事先規(guī)定了列車的運行方向。列車根據(jù)當(dāng)日時刻表運行，當(dāng)接近道岔區(qū)段時，列車通過道岔區(qū)域的車地短程無線通信向地面控制設(shè)備發(fā)送請求信息;地面控制設(shè)備接收到請求信息后，結(jié)合地面檢測設(shè)備的信息，將請求反饋信息發(fā)送給車載設(shè)備;車載設(shè)備接收到地面道岔控制設(shè)備發(fā)送的信息后，自動反饋確認(rèn)信息至地面控制設(shè)備;地面控制設(shè)備根據(jù)計軸設(shè)備和進路表示器狀態(tài)，檢查信號開放條件滿足后，自動完成道岔轉(zhuǎn)換并鎖閉道岔。列車通過該道岔區(qū)段后，道岔控制權(quán)自動釋放。

該道岔控制方式安全可靠，行車效率高，系統(tǒng)的自動化程度較高，且符合軌道交通領(lǐng)域的發(fā)展方向。

2.1.2 車載遙控

系統(tǒng)通過在軌旁安裝列車位置檢測設(shè)備來劃分道岔區(qū)段和道岔接近控制區(qū)域，通過道岔區(qū)域車地雙向短程無線通信設(shè)備實現(xiàn)車載和地面控制設(shè)備之間的通信。

列車接近道岔區(qū)段，車地通信建立后，車載設(shè)備收到地面道岔控制設(shè)備的信息，提示司機列車接近前方道岔區(qū)域，獲得道岔控制權(quán)后司機發(fā)送道岔控制指令;地面控制設(shè)備接收到車載設(shè)備發(fā)送的道岔控制指令，結(jié)合計軸設(shè)備和進路表示器狀態(tài)，檢查信號開放條件滿足后，自動鎖閉道岔并開放信號，此時道岔不能被任何有軌電車操作。當(dāng)有軌電車出清道岔區(qū)域后道岔解鎖，后續(xù)有軌電車便可以申請該道岔的控制權(quán)。

該道岔控制方式自動化程度較低，人為因素對行車安全和系統(tǒng)可靠性影響較大，同時也增加了司機的勞動強度。

2.2 道岔控制系統(tǒng)接受命令方式

表1體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)備在不同組合狀態(tài)下道岔控制器通過不同途徑來接受進路命令。

表1 進路命令接受

2.3 道岔控制系統(tǒng)基本功能

道岔控制系統(tǒng)的主要功能是對進路的控制，包括進路排列和進路解鎖功能。其中:進路排列功能指正常行車進路的排列;進路解鎖功能包括進路正常解鎖、進路取消、強制解除鎖閉。

正常行車進路的排列需滿足以下條件:進路方向與區(qū)間運行方向或無岔區(qū)段運行方向一致;敵對進路未排列;計軸區(qū)段、道岔、信號表示器等未被封鎖;進路內(nèi)的道岔鎖閉在規(guī)定的位置;側(cè)防道岔鎖閉在規(guī)定的位置;側(cè)防區(qū)域元件空閑(侵限檢查);進路內(nèi)所有道岔區(qū)段都空閑。

進路正常解鎖檢查條件:以圖3為例，分為以下3種情況。

圖3 進路元素布置圖

(1)進路中第一個道岔區(qū)段解鎖過程(如X1109—S1111中區(qū)段GD1109):有接近信息，且本區(qū)段占用并出清，本區(qū)段延時3 s后解鎖。

(2)進路包含多個道岔區(qū)段，中間區(qū)段解鎖過程(如X1101—S1105中區(qū)段GD1103):前一區(qū)段解鎖，本區(qū)段出清，下一區(qū)段占用，本區(qū)段解鎖。

(3)進路包含多個道岔區(qū)段，最后區(qū)段解鎖過程(如X1107—S1111中區(qū)段GD1109):前一區(qū)段解鎖，本區(qū)段占用并出清，本區(qū)段延時3 s后解鎖。

進路取消檢查條件:進路內(nèi)道岔被鎖閉在規(guī)定的位置，進路內(nèi)道岔區(qū)段空閑，始端信號表示器顯示禁止燈光，無車接近時立即取消，否則延時30 s取消［3］。

站間運行:由于兩個有岔站之間的無岔區(qū)段不設(shè)置計軸設(shè)備，考慮到有軌電車系統(tǒng)在降級模式時需要單線雙向運行，道岔控制器為兩個有岔站之間及無岔區(qū)段行車提供運行方向(見圖4)。(1)區(qū)間及無岔區(qū)段相關(guān)進路，需檢查行車進路方向是否與有軌電車運行方向一致。(2)系統(tǒng)上電后區(qū)間方向為未定義狀態(tài)，由調(diào)度系統(tǒng)設(shè)置區(qū)間運行方向。

圖4 站間運行示意圖

3 結(jié)語

從道岔控制方式、道岔控制接受命令方式、道岔控制系統(tǒng)功能等方面對有軌電車道岔控制方案進行分析，得出如下結(jié)論:在運營調(diào)度管理系統(tǒng)采用GPS/BD與列車位置檢測設(shè)備組合方案，車地?zé)o線通信采用基于IEEE 802.11系列無線局域網(wǎng)技術(shù)的前提下，適合新型有軌電車道岔控制的方案為列車自動進路控制方案。

［1］北京城建設(shè)計研究總院.北京現(xiàn)代有軌電車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.2010.

［2］王灝，田振清，周楠森，等.現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)研究與實踐［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［3］王祖華，劉曉娟.車站信號自動控制系統(tǒng)［M］.蘭州:蘭州大學(xué)出版社，2003.

［4］劉新平.新型有軌電車信號系統(tǒng)方案研究［J］.城市軌道交通研究，2012(5):50.