現代有軌電車運營與調度協同控制研究

許治威++談志宜++曾愛然

摘 要：針對現代有軌電車運營過程中普遍存在的運行與運營效率低下、安全事故隱患增多等日益突出的問題，在分析有軌電車現有運行與調度控制系統的特征基礎上，重點研究運行與調度體系的基本要素，探尋基本要素的可整合點來進行協同控制。

關鍵詞：現代有軌電車；運行；調度；協同控制

隨著城市交通面臨的壓力日益增大，優先發展公共交通成為城市交通發展的必由之路[1-2]。相較于傳統有軌電車、無軌電車，現代有軌電車具有節能、舒適、美觀、運力大等優勢[3]；相較于地鐵、輕軌等其他城市軌道交通方式，現代有軌電車具有造價相對便宜、建設周期較短等優勢，這些優勢使得現代有軌電車逐漸成為許多中小城市發展公共交通的首要選擇[4]。同時由于大城市交通的多元化和層次化，現代有軌電車在大城市亦起到了加強交通網絡的作用。

現有的現代有軌電車運營模式包括按照列車時刻表發車和隨機發車這兩種運行組織模式。按照列車時刻表發車的運行組織模式，停站時間相對固定，采用獨立路權，成本稍高，同時需要對周邊的路口進行協調控制，靈活性低，但是可以實現協調控制，運行效率較高。隨機發車這種運行組織模式停站時間不固定，同樣采用獨立路權，成本較低，不需要對周邊路口進行協調控制，靈活性較強，但是無法實現協調控制，運行效率較低，無法實現運行準時性要求。

平面交叉口是有軌電車與道路機動車相互影響最為突出的節點。平面交叉口有軌電車交通組織的關鍵在于如何選取適當的控制策略解決機動車流與有軌電車在時間和空間上的沖突，可以采用主動優先控制和被動優先控制這兩種方式。主動優先控制主要集中在單點信號優先控制上，包括插入相位、綠燈延長、紅燈縮短三種信號優先方案。被動優先控制主要是相對主動請求優先而言，道路沿線各交口形成協調控制，只要駛入干線的車輛按照設計速度行駛，基本上可以處處遇到綠燈。但是需要考慮交叉口間距及背景交通量，并不是所有情況都能夠形成協調控制系統。

現代有軌電車調度指揮系統是對有軌電車運行進行管理、指揮、控制和監控的綜合型管理與控制一體化系統。現已投入運營的現代有軌電車都是通過無線調度系統進行人工調度指揮的，與運營分離，影響效率。調度指揮系統的控制模式主要包括自動控制模式、中央人工控制模式、車載人工控制模式、現地人工控制模式、手板道岔模式等。

簡要分析了現代有軌電車運營與調度的模式，可以發現現代有軌電車運行組織與調度控制的非整合性，使得延誤不能及時反饋到調度系統，調度系統依照原有計劃調度車輛，造成調度效率低下、安全隱患突出、運營可靠性較差。另外，調度信息不能及時反饋到車輛駕駛室，會導致追尾事故。為了解決運營與調度的非整合性問題，需要對運營與調度進行協同控制。

常規的調度方法主要是根據以往的運輸數據進行定性分析，得出客流規律，再根據所得出的客流規律和數據進行數學建模。但在具體運行過程中客流的宏觀規律并不能很好地反應實時的客流情況。交叉口的延誤情況在以往的運行中并沒有及時地反饋給調度中心，導致出現車輛調度不均勻的情況。所以有軌電車的運營與調度協同控制的目標就是通過實時客流數據采集與交叉口交通信息反饋，確定最優的車輛調度方案以滿足客流的需要以及解決車輛在平面交叉口延誤所帶來的影響。

實時客流數據采集與處理采用地鐵系統中的AFC系統，根據乘客的目的地選擇和自動售票機的編號就可以反應出乘客出行的起訖點。售檢票系統將實時客流信息反饋給調度系統。通過售票過程得出未來一段時間即將發生的乘客出行OD矩陣。售票系統將實時客流信息反饋給調度系統，以此作為城市軌道交通實時調度工作的基礎數據，就可以更好地完成實時調度工作。

在調度方法上改以往的固定調度為實時調度。當列車出現運行延誤時，行車調度員應根據列車運行的實際情況依列車的接續車次和乘客多少等情況進行運行調整，盡可能在最短時間內使列車恢復按圖運行。有軌電車可以借鑒城市軌道列車運行調度的基本調整手段：始發站提前或推遲發車、組織列車調整速度運行并恢復正點、增加或壓縮列車停站時間、變更列車運行交路、組織列車反方向運行、調整列車運行時間間隔以及停運列車等。

確定協調控制的目標及手段之后，就需要找到運營與調度的協同要素，以這些協同要素為基礎來構建運營與調度協同控制框架。列車運行狀態、乘客信息、主要設備狀態、車輛信息及維修管理等幾個方面是有軌電車調度過程中需要重點監視的方面，同時也是列車在運營過程中需要及時向調度中心反饋的信息，以這幾個要素作為協同要素可以將運營與調度結合，進行協調控制。

列車運行狀態：實時監視有軌電車運行位置、列車車次、列車速度、列車正延誤情況、道岔位置、信號狀態、道口信號狀態、關鍵設備工作狀態信息以及列車出入段狀態和段內作業狀態等信息，監控有軌電車在交叉口時的運行狀態，將列車運行狀態信息反饋給調度中心，調度中心在正常情況下根據制定的列車運行圖自動控制列車進路與施工維修車輛進路，特殊情況下可人工集中排列路。其中，最重要的是交叉口車輛運行狀態的反饋，包括車輛的延誤、交叉口社會車輛流量以及行人信息等等，調度中心及時處理有軌電車運行偏離時間線的情況。

乘客信息：一方面列車運行過程中采集客流數據并進行預測，反饋給調度中心；另一方面調度中心同時向車站和車上旅客提供列車運行計劃、預計到達時刻和各類變更通知，來控制列車的運行。其中客流數據的采集及預測至關重要。城市軌道交通的客流是動態變化的，其基本特征在于它沿時間和空間分布的不均衡性。對城市軌道交通系統中的客流進行分析、預測，從而從實際客流規律出發研究運營調度方案的優化問題，可以提高運營部門服務水平，保障乘客和運營部門最大利益的實現。

主要行車設備狀態：對停車場線路及進路狀態，正線車站及區間軌道區段、道岔、進路表示器、列車識別號、在線列車運行狀態、命令執行情況及系統設備狀態等主要行車設備進行監視并實時反饋，當列車運行過程中或信號設備發生異常時，調度中心能第一時間作出反應，調度中心計算機自動地將有關信息在調度工作站上給出報警及故障源提示，迅速做出相應的應急處理辦法。

車輛信息：將有軌電車運行中的運輸需要和車輛狀態實時反饋給調度中心，調度中心及時調整列車交路計劃，制定并實施故障情況下的應急方案。

維修管理：審查、批復維修施工申請，監視并管理維修施工過程，根據維修施工結果，調度中心發布行車車速建議，控制列車運行，組織應急情況下的故障修。

在協同控制體系中需要考慮的要素還有很多，包括有軌電車運行的供電管理以及應對突發狀況時的處理辦法等。

根據上述論述，為了構建運行與調度之間的反饋機制，實現運行與調度的協同控制，可以構建以調度中心、車載運行監控系統、列車運行控制系統、旅客信息系統、軌旁控制單元、道口控制單元等為核心的、多級互聯的協同控制平臺，通過構建的框架來為現代有軌電車運行與調度整合優化控制提供理論與方法上的支持，適應現代有軌電車高速發展建設的要求，提高有軌電車運行效率，降低事故發生率，提高有軌電車建設的可復制性，構建運行與調度協同控制平臺加以推廣應用。

參考文獻

[1]李元坤，苗彥英.國外現代有軌電車建設發展的啟示[J].城市軌道交通研究，2013，16（6）：29-32.

[2]OphieLabbouz，YoussefDiab.Tramways in France-born again for urbanism. Nova Terra Connected Cities，2007.

[3]梁旭.關于現代有軌電車在國內發展的研究[J].價值工程，2011，30（9）：210-211.

[4]劉翠艷，方力，郭志方，等.對我國城市有軌電車技術發展的思考[J].城市軌道交通研究，2000（1）：17-22.