智能軌道快運系統通信信號設計與應用

羅洪宇

摘要：隨著經濟的發展，科技再創新高。人口不斷增加的同時，汽車使用量也在不斷增加。隨之帶來的是城市道路面積增長速度與汽車擁有量增長速度的不匹配，交通擁堵已經成為中國大部分城市亟待解決的問題。由于軌道交通具有速度快、安全性高、準時性好等特點，軌道交通已成為一二線城市解決擁堵問題的主要手段之一。隨著城市交通擁堵問題日益突出，多種公共交通解決方案被提出，包括地鐵、快速公交、輕軌、智能軌道快運系統等。其中以智軌電車為核心運載工具的ART因建設周期短、基礎設施投資少、城市適應性高和綜合運力強等特點，具有較好的應用前景。通信信號系統作為ART的重要組成部分，負責運營管理、運營信息發布及語音調度等，可有效保障智軌電車運行安全，提高運營效率，降低運營成本。

關鍵詞：智能軌道快運系統;通信信號系統;信號優先

引言

智軌電車的出現顛覆了傳統軌道交通的概念，其通過軌跡控制技術進行路徑感知，依靠無軌導向控制技術保證車輛轉向的精度，具有行駛靈活、載客量大及通行效率高等優勢，解決了城市軌道交通發展中的必須依靠鋼軌的難題。作為一種軌道交通新制式，依托于原有的軌道交通制式的安全性分析證明和實現其安全性是軌道交通發展過程中必然選擇。

1關于ART架構及運行原理

ART具有城市軌道交通和地面公共交通雙重屬性，同時吸收了軌道交通準時、運量大、節能環保和地面公交運營靈活、綜合成本低等優勢。該系統主要由供電、通信信號、智軌電車、虛擬軌道、車站、檢修中心6大基礎部分構成。比照軌道交通系統，其最大的不同點在于用智軌電車代替軌道列車，用虛擬軌道代替了鋼軌。這一替代在確保智軌電車具有有軌電車的安全與高效特性的同時，大大簡化了系統結構，節省了系統的成本。智軌電車為采用100%低地板構架、全電驅動、具備多種受電方式的雙向行駛多編組膠輪車輛。它采用自動循跡、軌跡跟隨、自主導向等技術，實現在虛擬軌道下的類軌道行駛;同時采用主動防護技術對電車的行駛進行電子約束與安全保障。智軌電車的頭車頭軸自動地按照地面的虛擬軌道或高精度電子地圖運行，其他各軸自動跟隨頭車頭軸的行駛軌跡，實現與軌道列車行駛在鋼軌上相似的類軌道行駛。虛擬軌道則為行車線路或輔助線路上設置的特定標識，其為車載自動循跡系統中的光學感知、圖像識別、激光檢測等感知傳感器提供導向特征輸入，構建運行路徑。

2信號系統

2.1調度管理系統

調度管理系統負責實現智軌電車的運營管理，支持單線路、線網的運營管理，具有列車運行監視、實時運行圖顯示、設備工作狀態監視、運營數據統計及報表展示、故障檢測及報警、系統運行及操作日志記錄、時鐘同步等功能。系統能夠與車輛、車站設備、車輛段/停車場設備進行高效互通，不僅可保障調度人員及時地掌握運營相關信息，如車輛狀態、站臺門開/關情況、路口優先情況等信息，同時還可為調度人員提供緊急情況下的應急處理功能，如人流激增情況下的運營計劃調整、火災情況下的站臺疏散信息播報與顯示等，大大降低了調度人員的工作強度。

2.2車載信號系統

車載信號系統用于實現與運營管理強相關的車載功能，主要包括車輛工況檢測、車輛實時定位、安全防護、車地實時通信、路口/虛擬岔區的通行提示、設備自診斷及輔助駕駛信息提示等。系統可實時監測車輛運行狀態，并在異常情況（如車輛闖紅燈、冒進冒出車站、超速、不滿足行車條件下的異常動車等）下實施安全防護;可通過人機交互單元，顯示運營計劃、前方到站信息、前方路口/虛擬岔區信息、早晚點信息等內容，為司機駕駛提供豐富的提示信息，從而降低司機的勞動強度，保障行車安全。

3系統關鍵技術

3.1通信技術

ART單條線路長度一般為十幾公里，在運營的過程中，各機電系統間的信息傳輸需要高效、及時。特別是車地通信，涉及到傳輸列車控制信號、車載視頻、視頻廣告及運營信息等業務，需要采用傳輸寬帶穩定、延時低和抗干擾性能強的無線通信技術。Tetra是一種數字集群通信系統，可在同一技術平臺上提供指揮調度、數據傳輸和電話服務，但單用戶數據傳輸速率僅7.2kb/s。系統具有兼容性強、開放性好、頻譜利用率高和保密功能強等優點，且不依賴于核心網的單站集群技術，可為極端情況下的應急通信提供保障。WiFi是一種允許電子設備連接到一個無線局域網（WLAN）的技術，通常使用2.4GHzUHF或5GHzSHFISM射頻頻段，單個接入點的覆蓋半徑可達200m，傳輸速率可達54Mb/s，設備的接入可設置密碼保護。該方式由于工作在公開頻段，存在易受外界干擾的問題。LTE是無線數據通信技術標準，采用OFDM和MIMO技術、端到端加密技術，同時具有QoS保障機制，可在20MHz頻譜帶寬下提供下行100Mb/s與上行50Mb/s的峰值速率。LTE-M作為LTE技術在地鐵行業領域的針對性應用，越區切換造成的通信延時不超過150ms的概率不小于98%，并可有效保障數據傳輸的安全，目前已在全國多條軌道交通線路上使用。綜合考慮無線覆蓋范圍、通信速率及抗干擾等因素，ART車地無線通信推薦采用LTE技術，搭建覆蓋全線的LTE覆蓋網絡。

3.2信號優先技術

路口信號優先是指實現智軌電車在交叉路口處的優先通行，需要重點考慮“允許通行信息”的顯示方式、車輛優先請求信息的發送時機、路口信號優先策略等。對于“允許通行信息”的顯示，宜在交叉路口處設置專用信號燈。專用信號燈的制式和燈色可參考交通信號燈的標準要求，但顯示樣式需與常規交通信號燈的進行區分。對于車輛優先請求信息的發送時機，智軌電車需要在路口附近合適的位置發送優先請求。申請過早，會造成路口綠燈時間的浪費;申請過晚，則會導致智軌電車無法在路口獲得及時的優先權。該方式會綜合分析交叉口交通情況，根據設定的優先條件，決定是否給予被優先對象優先通行權，對于路口交通影響較小。實際使用中，選擇主動優先還是被動優先，需根據現場線路走向、交通流、運營速度等因素綜合考慮后選擇。另外應考慮在給予智軌車輛優先通行后，對其他交通參與者給予補償;此外，應同時考慮智軌電車發車頻率，當發車頻率較大時，可適當降低智軌電車的優先等級。

4結語

總之，智能軌道快運系統中，通信信號系統是負責運營調度、進行運營監控、保證智軌電車運行安全、提高運輸效率的重要設施，需要具有明晰的系統結構、合理的功能分配、適宜的技術方案選擇才能保證智軌電車良好的運行效果。

參考文獻：

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[2]喻智宏，孫吉良，申大川.有軌電車通信信號技術與智能交通系統[J].城市交通，2013（4）：44-51.

（作者單位：沈陽渾南現代有軌電車運營有限公司）