現代有軌電車信號控制系統設計

創新者：蔡云峰

現代有軌電車信號控制系統設計

創新者：蔡云峰

現代有軌電車以其快速、環保、運能大的特點已成為一種新興的公共交通方式。現以正線道岔控制系統及路口信號優先控制系統為重點，對有軌電車信號控制系統進行分析，對各子系統的選型及目前存在的問題進行了探討。

隨著城市化的進程，城市公共交通的壓力不斷增大，迫切需要在公共交通領域發展新型城市軌道交通系統。有軌電車以其運能大、快速、環保的特性，越來越受到人們的青睞，在很多城市規劃中已經成為了公共交通的重要組成部分。

有軌電車定位于中等運量的城市快速公交系統，運輸能力介于傳統公汽與地鐵輕軌之間。其運行于鋼軌上，運行方式與地鐵及輕軌相似，但是通常在部分路段與其他地面交通方式交叉，沒有完整的獨立路權，因此，有軌電車的信號控制系統有別于地鐵和輕軌。目前個別城市已有幾條現代有軌電車線路開通運行，其他還有大量城市正在建設，由于沒有成熟的設計標準，有軌電車的控制系統的構成及實現方法并沒有統一，已建成的各條線路的信號控制系統均不一致。

現代有軌電車基本概況

現代有軌電車屬于中等運量的城市公共交通方式，每小時單相運能約3000至15000人，介于傳統公汽與地鐵之間。主要作為快速連接城區與郊區的公交方式，作為傳統公汽與地鐵輕軌之外的有力補充。現代有軌電車噪音低、乘坐舒適、造型美觀，與老式有軌電車存在明顯差異，在建成的城市中已成為一道靚麗的風景。部分線路采用隔離方式，完全與道路的其他車輛隔離，形成獨立的線路運行，在路口通常與其他社會車輛平交，運行線路交叉混行。建設成本低，技術經濟指標通常在1億元/km左右，大大低于輕軌及地鐵的造價。

基本設計思路

目前沈陽、上海、蘇州、南京均已建成通車有軌電車線路，但由于沒有正式的設計規范，實際的設計過程中均只能借鑒鐵路、地鐵輕軌的相關規范，這就使得部分系統方案呈現地鐵輕軌化的傾向。有軌電車的地鐵與有軌電車的運營環境有巨大的差異，若類比地鐵標準建設將導致系統變得復雜龐大，投資相應大幅增加。現代有軌電車應該更傾向于公交化的運營，其建設應在傳統公交基礎上進行補強。應從有軌電車控制系統的運營特點出發，結合目前信息化發展的要求，有軌電車控制系統應以系統集成化，設備綜合化、小型化，維護簡單化為設計理念。

信號控制系統探討

現代有軌電車信號控制系統通常由正線道岔控制系統、路口優先控制、車輛段信號聯鎖系統構成。其中車輛段信號聯鎖系統已經相當成熟，所有線路的車輛段均采用與傳統鐵路一致的計算機聯鎖信號系統，但正線道岔控制系統及路口優先控制系統沒有相關建設標準，已建成的各條線路均不一致，而以上兩個系統又是直接決定了整條線路的運行能力和技術水平，因此需要詳細研究。

正線道岔控制系統

正線道岔控制系統控制全線所有正線區段的道岔轉轍機、軌道區段及相關信號機。正線道岔控制系統在中心控制、車載控制模式下，安全性由本地控制機中的聯鎖關系保證；在本地控制模式下，安全性由區段占用檢查設備保證。在各種操作模式下，最大程度的保證了列車的安全性。以下分別對該系統的主要設備進行探討。

聯鎖控制機

由于正線本系統的重要性，同時為了最大程度保證使用的可靠性，聯鎖機需采用 “二取二”安全硬件結構。同時為了滿足系統集成化、小型化維護簡單的要求，應盡量選擇采用全電子聯鎖技術，該制式聯鎖制式設備具有體積小，安裝方便、維護少的特點，能夠很好地適應有軌電車控制系統的使用要求，目前該制式已有相當成熟的設備。

區段占用檢查設備

有軌電車區段檢查設備與地鐵輕軌以及傳統鐵路區別最大，傳統鐵路及地鐵輕軌大部分都采用25HZ、50HZ交流軌道電路，也有部分采用計軸設備，但是有軌電車采用以上的檢查設備均不理想。有軌電車的軌道安裝位置與路面平齊，下雨時容易形成短路，使軌道電路無法正常工作。另外，有軌電車的軌道是U型軌，計軸設備安裝普遍存在問題，計軸設備正常安裝時需要部分鋸軌，這一定程度影響了鋼軌的強度，在很多城市是不允許的。不鋸軌的話就必須將軸頭設于鋼軌外側，而這又使設備可靠性和靈敏度大大降低。因此，在蘇州有軌電車一號線上采用了新型的軌道電路，該型軌道電路利用交流諧振的技術，利用檢測軌道區段電氣特性的相對變化，來反映是否有車占用。即使在有雨水影響的情況下，系統能夠自動進行參數調整，滿足下雨時、甚至被雨水浸泡時軌道電路的正常工作。該軌道電路穩定可靠、技術條件先進，目前在建的珠海、淮安等城市的有軌電車控制系統也已應用。

列車定位

獲取列車位置信息，將信息通過數據網傳輸至控制中心，可以在控制中心實現對車輛運行的實時監測，對調度具有指導意義。目前普遍采用GPS/北斗衛星定位、車地通信環線和計軸點絕對坐標對列車進行綜合定位，當GPS/北斗衛星定位或車地通信環線計軸任意一種方式故障后，控制中心仍然可以實現列車定位。

轉轍機控制

正線轉轍機具有控制中心、車載控制、現地控制、機械操作四種獨立的控制模式。正常運營時控制中心根據車輛運行的徑路，自動對道岔轉轍機進行控制，當出現網絡等設備故障的時候，系統自動轉為車載遙控控制模式，當車輛接近道岔時，車載計算機發送道岔控制信息，道岔轉轍機轉動。若道岔未正常轉動，電車司機需在道岔前停車，按下安裝在轉轍機附近的轉轍機控制按鈕進行操作，若該方式仍無法對轉轍機進行操作，就需要使用操作桿對轉轍機直接進行機械扳動。因此，有軌電車的控制系統需考慮在控制中心故障、車載故障、本地控制機故障、斷電等各種情況下道岔轉轍機的控制方式，保證系統最大的可用性。

路口信號優先控制系統

現代有軌電車與地面其他交通方式在路口共享路權，有軌電車定要求運行快速，但是作為公共交通的一種，不能不顧其他路口及車輛的通行需求，是否允許其通過路口應統籌路口的交通狀況綜合考慮，由此提出了路口信號優先控制系統。目前該系統主要由集中控制和分散控制兩種模式。集中控制的方式通過本系統的路邊設備采集車輛位置信息，車輛接近時，由路邊設備發送接近信息至路口交通控制機，由路口交通信號控制機綜合計算是否給予優先通行。分散控制的模式是將路口的優先控制功能納入路口交通控制機統一控制，車輛接近路口的信息由路口控制機的感應線圈采集（除車站接近路口的情況），將有軌電車信號燈作為與路口其他方向相同的信號燈來處理，所不同的是，有軌電車在條件允許的情況下需給予優先通過，以滿足其快速公交的屬性。

路口優先的策略的制定，是一個需要結合具體路口的交通狀況，以路口的實際情況作為基礎，需要統籌考慮，這也是路口優先控制系統最重要的設計要素。

結語

現代有軌電車作為一種新興的公共交通，以其快速、環保、運能大的特點受到越來越多的城市的歡迎。有軌電車的信號控制系統是有軌電車快速安全運行的保證，由于沒有相關設計規范，如何在滿足安全的前提下，盡量做到集成化、小型化、簡單化，降低建設及維護成本，是系統設計者必須仔細研究的課題。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.029