現代有軌電車行車調度系統設計的探討和實踐

黃育斌，譚萬忠，鐘 杰

（中國鐵道科學研究院集團有限公司深圳研究設計院，廣東深圳 518000）

0 引言

日前，國家對申報地鐵城市的人口、GDP 和財政狀況等“門檻”做出調整，地鐵建設規劃審批更加嚴格，同時鼓勵發展輕軌、有軌電車等高架或地面敷設的城市軌道交通。有軌電車的運能介于地鐵和公交車二者之間，是一種中低運量的交通工具。相比于地鐵，現代有軌電車建設成本較低，每公里建設成本不到地鐵的 1/4，且具有安全舒適、建設周期短、綠色環保等特點，是城市中一種有效的交通補充形式，將會是未來城市軌道交通的一個重點發展方向[1-2]。

1 問題的提出

綜合運營效率和建設成本等因素，現代有軌電車通過調整優化原有機動車道、綠化帶和人行道布設于路中，可在軌行區路段享有專用路權，在平交路口與社會機動車輛及行人共享路權[3-4]。如果在經過市政平交路口時無法保障“電車優先”，現代有軌電車的速度、可達性和安全性均會受到影響，則無法發揮對其他交通工具的優勢。因此，現代有軌電車需采用與地鐵不同的行車調度模式，適應軌行區和過平交路口時的不同工況。以某市現代有軌電車為例，探討現代有軌電車行車調度系統的設計方案和實施過程。

2 設計方案

有軌電車的行車調度設計總體方案根據鐵路信號系統中的“故障-安全”原則和過市政平交路口時的“電車優先”原則組織搭建，主要包括路口控制子系統、正線道岔控制子系統、車載子系統和車輛段聯鎖系統等。各個子系統互通互聯，實現不同工況下的協調，達到既定行車目標（圖 1）。

軌行區路段行車時，有軌電車在車載子系統的輔助下，按規定的安全間隔和運營間隔要求實現人工駕駛運行。通過道岔區時，行車調度系統對比既定運行計劃計算得出有軌電車的進路信息，并通過正線道岔控制子系統提前辦理有軌電車前方進路，使有軌電車快速通過道岔區[5]。當有軌電車接近平交路口時，有軌電車車載子系統通過車地間通信系統自動發送路口優先請求（或人工請求），車地間通信系統，包括計軸和信標等軌旁設備，可自動監測有軌電車靠近，路口控制子系統根據路口當前路況對有軌電車路口通過策略進行實時優化，司機根據路口信號機指示安全駛過平交路口，實現有軌電車有條件優先通過。車輛段聯鎖系統則主要是對有軌電車出入車輛段和車輛段內調車作業進行集中控制。

圖1 行車調度系統設計總體方案

2.1 正線道岔控制子系統

道岔控制子系統將正線幾個主要道岔區段分由多個聯鎖處理子系統控制，主要包括終端信號設備和核心聯鎖處理單元。

軌旁的終端信號設備主要有信號機、轉轍機、計軸、信標等，設置于正線軌旁，包括軌行綠化區內和路口混行水泥路面。其選用型號和安裝方式均區別于傳統地鐵，需適應有軌電車實際應用工況。信標和轉轍機等設備安裝于軌面下，位置較低，需考慮設備排水問題。因此，信標接線盒子和轉轍機地箱均需設排水孔，同時在道床設計階段應預留排水槽。轉轍機選用專用埋入式，機械、液壓和電氣控制模塊全部置于專用高強度不銹鋼材質地箱內，保證安裝于路口水泥路面混行區域時可承載社會車輛的碾壓。計軸設備在不影響檢測精度的前提下選用不切軌安裝方式，保證了鋼軌強度。

核心聯鎖處理單元設置于軌旁的道岔控制箱內，負責全線的聯鎖邏輯運算、處理和執行。終端信號設備通過直連或者繼電器接口與核心聯鎖處理單元相連接。核心聯鎖處理單元接收信號設備（計軸、信標等）發送的信號設備狀態信息后，對其進行內部邏輯判斷和聯鎖邏輯運算，根據規定的聯鎖條件和規定的時序，形成列車進路控制命令并返回控制相應信號設備（信號機、轉轍機等）實行控制動作。

2.2 路口控制子系統

路口控制子系統使用專用路口模塊對有軌電車與社會交通車輛進行同步檢測。有軌電車側通過沿線設置的“預告”、“接近”、“進入”和“離開”等不同檢測點檢測有軌電車的運行狀態；市政交通側通過視頻交通檢測器等設備監測路口紅燈排隊及綠燈放行情況。有軌電車路口專用信號和市政道路交通信號分離獨立運行，同時進行交互協同控制。在道路交通近飽和或過飽和時，系統不盲目追求有軌電車的絕對優先權，而是通過均衡各相位時間，保障道路交通主流向的通行效率，最終實現有軌電車有條件信號優先和兼顧社會車輛暢通[6]。

有軌電車首先駛過“預告”檢測點時，系統根據過路口預告請求信號和車輛排隊及通行狀態綜合判斷相應的優先響應等級，對相位時間做預調整和預分配。在駛過“接近”檢測點時，系統再次對調整后的相位時間進行修正，實現最終的有軌電車通行信息指令控制，采用“綠燈延長”（圖 2）、“紅燈縮短”、“插入相位”等基本響應策略，對路口各相位持續時間進行調整，確保有軌電車實現不停車通過或最短時間等待[7-8]。

圖2 “綠燈延長”策略

當相鄰路口間距離較短時，可將上游路口的“進入”點復用為下游路口的“預告”點，在有軌電車進入上游路口時即對下游路口的相位時間進行預調整。當路口上游設有電車停靠站，且停靠站與路口間距小于“預告”點布置距離時，可將有軌電車出站請求檢測點復用為下游路口的“接近”點。檢測點的復用，既節省了信號設備的成本，又簡化了控制系統。

每一處路口軌行區內都設有與道岔區信號機相區別的路口專用市政道路交通信號機。系統響應路口優先請求命令，并將優先請求結果顯示在市政道路交通信號機上。有軌電車司機在確定路口無路人或社會車輛誤闖之后，決定有軌電車是否通過前方路口。在有軌電車初期投入運營階段，運營單位需根據實際情況，增派人員在主要路口進行輔助性指導，規范社會車輛和路人在有軌電車區域的行動。

2.3 車載子系統

車載子系統主要提供有軌電車測速定位等功能。車載子系統通過接收 GPS 系統衛星信息或北斗系統信息，實現有軌電車的定位和測速；同時通過速度傳感器信息和軌旁信標進行重定位以保證定位精度。車載子系統綜合利用這 3 種方式對有軌電車進行測速定位，將有軌電車定位速度狀態信息與調度中心發送的有軌電車運行計劃信息對比計算后，通過車地間通信系統將有軌電車進路命令發送至軌旁道岔控制子系統，提前辦理有軌電車前方進路。

正常工況下，車載子系統主動發送有軌電車進路命令，實現自動辦理進路。在自動進路失效的情況下，司機通過車載子系統提示手動辦理進路。

2.4 車輛段聯鎖子系統

車輛段聯鎖子系統主要包括 1 套熱冗余的“2 乘 2取 2”聯鎖系統和計軸、轉轍機和信號機等終端聯鎖設備。車輛段聯鎖子系統通過繼電接口電路對各終端聯鎖設備執行聯鎖控制，采集設備狀態及故障信息，對有軌電車進出車輛段以及段內調車作業進行集中控制。

由于出入場線不具備停放多列車的條件，有軌電車正線與車輛段之間進行轉線作業時，車輛段聯鎖子系統需與正線道岔控制子系統建立聯系接口電路。具體為：有軌電車入場需檢查入場信號機的開放；有軌電車出場不需要檢查正線出場信號機的開放，期間由司機目視行車，人工保證安全。

2.5 特殊工況聯鎖接口方案

除正常工況外，當遇到某些特殊工況時，采取專用行車策略，確保行車安全并兼顧通行效率。當平交路口上游或者下游存在道岔聯鎖區時，道岔控制子系統在進行聯鎖邏輯運算時需考慮路口控制子系統狀態信息，系統需同時采集路口車流狀態和相關聯鎖區進路信號，以控制行車。

路口下游存在道岔聯鎖區時，只有確認下游進路信號開放，才能允許有軌電車通過路口，否則會造成有軌電車停在路口區域，造成社會道路阻塞，嚴重影響行車安全（圖 3）。

圖3 道路阻塞

路口上游存在道岔聯鎖區時，只有確認路口允許電車優先通過時，才能允許有軌電車進入道岔聯鎖區并馬上通過平交路口，否則會造成列車占用檢測設備，導致其他進路無法辦理，影響運營效率（圖 4）。

圖4 道岔區間占用

3 結語

現代有軌電車的建設有其自身特殊性，行車調度策略更是區別于傳統地鐵。為解決這些問題，建設單位、設計單位、監理單位和工程建設等相關單位在設計、施工、安裝和調試階段需綜合考慮“故障-安全”原則和有軌電車過平交路口的特殊性等因素，設置路口控制子系統、正線道岔控制子系統、車載子系統和車輛段聯鎖子系統等，并針對特殊工況采取專用行車策略，順利完成行車調度系統的設計施工，達到既定行車組織目標。該行車調度系統的設計方案已經在實踐中得到了驗證，并可為將來同類系統提供經驗參考。

[1]施路，崔異. 現代有軌電車在國內外的發展經驗啟示[J]. 現代城市軌道交通，2014（4）：69-74，78.

[2]錢廣民，溫兆鵬. 現代有軌電車系統發展展望與思考[J]. 現代城市軌道交通，2016（5）：74-77.

[3]丁強. 現代有軌電車交通概述[J]. 都市快軌交通，2013，26（6）：107-111.

[4]鐘吉林，王長林. 有軌電車道口信號優先設計[J]. 鐵路計算機應用，2014，23（9）：48-50，62.

[5]徐鼎，張靜. 現代有軌電車行車控制方案設計[J]. 都市快軌交通，2013，26（6）：167-170.

[6]李凱，毛勵良，張會，等. 現代有軌電車交叉口信號配時方案研究[J]. 都市快軌交通，2013，26（2）：104-107.

[7]王舒祺. 現代有軌電車交叉路口優先控制管理方法研究綜述[J]. 城市軌道交通研究，2014（6）：17-22.

[8]蔡國濤. 信號優先和車地通信系統在現代有軌電車中的應用[J]. 城市軌道交通研究，2016（增1）：39-41.