沈撫新區有軌電車智慧路口雙網融合的應用

馬永剛，丁 琳

（通號萬全信號設備有限公司，北京 100010）

1 概述

2019年9 月中央印發實施了《交通強國建設綱要》，為全面建成社會主義現代化強國提供了重要支撐，為統籌協調推進交通強國建設指明了方向。隨著城市軌道交通建設的蓬勃發展，有軌電車以其獨立線路運行安全、電力驅動無污染等優點受到了社會青睞。然而，現階段有軌電車經過路口時普遍面臨等待時間長、旅行速度慢、無優先權、啟停耗時耗能、雙網分離等問題，降低了社會對有軌電車的認可。

沈撫新區被定位為東北地區改革開放的先行區、優化投資營商環境的標桿區、創新驅動發展的引領區和遼寧振興發展的新引擎，因此沈撫新區在整體交通建設中的要求更高。基于構建安全、便捷、高效、綠色、經濟的現代化綜合交通體系，沈撫新區有軌電車建設推出雙網融合理念，以全新的思路指導示范區的交通建設。雙網融合技術的整體思路是將有軌電車與市政交通運行網兩張網合二為一、數據交互、統一管理，遵循接口統一、信息兼容、統一控制策略、整體安全可靠的原則，采用新一代的車道檢測技術及雙網融合的安全算法來控制交通信號相位周期切換，實現有軌電車與市政交通既協同控制又分離獨立的控制需求，最大限度地提高路口的運行安全以及路口控制的整體靈活度及效率，為今后進一步實現有軌電車全線路提速奠定基礎。

2 雙網融合智慧路口建設方案

2.1 系統架構

雙網融合信號控制系統基于現代有軌電車與市政道路綜合控制理念，總體平臺采用雙網融合的方式，將有軌電車與市政兩張運行網的“控制大腦”合并，涵蓋了有軌電車運行系統、有軌電車信號控制系統、市政信號控制系統、道路監控系統、電子卡口系統、路側單元（RSU）、網絡系統等，可提供有軌電車信號和市政道路信號的單點、干線、網狀控制，中心監控系統監控和管理整個系統的運行。同時提供標準接口對接急救、公安、消防等相關業務部門，支持上層對接智慧城市平臺。該系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構Fig.1 System architecture

2.2 網絡架構

有軌電車信號由有軌電車運營單位控制，市政交通信號由交警部門控制，從安全及使用角色兩方面來看，兩個信號控制網絡不可直接聯通。如直接聯通，會造成信號控制信息的相互干擾，無法保證安全性。本次網絡架構采用物理隔離的方式，有軌電車信號控制網與市政信號控制網獨立建設，通過頂層的平臺接口進行數據交互，保證信號控制網絡的安全性。該系統網絡架構如圖2所示。

圖2 網絡架構Fig.2 Network architecture

2.3 硬件架構

雙網融合智慧路口建設的硬件部分采用車道檢測設備（視頻檢測、雷視檢測），雙網融合道路交通信號控制柜、交通信號燈、無源信標、毫米波雷達等設備。路口建設硬件架構的主要設備組成及連接如圖3所示。

圖3 硬件架構Fig.3 Hardware architecture

2.4 車道檢測系統

2.4.1 視頻車道檢測系統

視頻車道檢測系統利用視頻傳感器、攝像機等設備與控制主機相連，為雙網智慧路口提供車流量、速度、車型分類、交通密度、車輛排隊長度、轉彎等較全面的交通管理及檢測信息，可測算精度保持在90%及以上。視頻車道檢測技術優點在于單臺攝像機可檢測多個車道，可為管理人員提供可視圖像，使管理更直觀。檢測控制精度保持在較高水平，能為智慧路口系統提供準確信息數據。

同時，該技術應用過程中對視頻車道檢測技術中可能存在的問題做了調查與修正，主要是軟件方面的調整，以及攝像頭本身構造的改進及視頻傳感器安裝位置等方面的加強與完善，以實現較優的功能，獲得較好的效益。

2.4.2 雷視車道檢測系統

雷視車道檢測系統利用內置深度學習算法的雷達視頻一體機，基于流量數據融合與校驗技術、單點感應控制技術、流量動態干線協調與單點自適應技術、流量+排隊長度動態干線協調與單點自適應技術等原理，充分發揮雷達對排隊長度、車速、車輛軌跡檢測的準確性以及抗環境干擾性，并結合視頻對低速物體可視化檢測的優越性，最大可滿足四車道車流量、速度、車輛排隊長度及間距、空間利用率及時間占有率等多項交通數據的輸出，支持智能動態信息實時顯示。

雷視車道檢測技術更為精確、抗干擾性也更強，但設備布置與算法控制也更為復雜，目前有軌電車等城市軌道交通行業領域應用較少。

2.5 雙網融合的路口信號控制系統

沈撫新區在建有軌電車工程采用的新電車有著硬核科技水平，這主要體現在可以實現“一路綠燈”的效果。沈撫新電車運行首次引用信號優先獨立路權系統，即當電車接近路口時，利用信標、視頻檢測等定位方式，控制中心根據當前車輛位置信息、運行速度和停站時刻表3個變量進行邏輯算法運算，市政交通與有軌信號協同控制，確保有軌電車到達路口時綠燈通過。

信號控制機采用嵌入式技術和Linux操作系統控制，利用獨特的軌交信號控制集成平臺，分模塊顯示各操作控制界面。硬件設計上采用模塊化概念，由系統專用控制單元、信號機驅動單元、系統主控單元、供電單元、車載特勤控制單元等組成，實現交通信號的控制及通訊功能。該控制系統可以實現全天候自動控制功能，具備多時段固定配時及自適應協調控制、自動及手動控制切換、遙控感應控制、斷電保護等功能，使路口間協調控制，實現交通信號控制柜與有軌電車信號控制柜合二為一、一柜雙控、協同優先，無障礙不停車快速通行，提升電車整體旅行速度至40 km/h。

3 雙網融合信號控制管理平臺的遠期建設及趨勢

遠期建設規劃中不單要考慮現有的道路交通情況，還應做好數據收集、接口對接預留等工作，提供標準的API接口，為后續智慧交通大腦的建設打下堅實的基礎。遠期中心管理平臺整體架構如圖4所示。

圖4 中心管理平臺整體架構Fig.4 Overall architecture of central management platform

通過標準的API接口，將實現交警部門對雙網融合路段中市政信號的控制，交警部門將具有主導權、最高決策權，未來城市交通系統將支持GIS地圖管理、路口市政信號狀態監視、遠程控制、特勤/應急人工干預、系統配置和管理等功能。

3.1 GIS地圖管理功能

基于GIS電子路網背景地圖，實現交通信號控制功能圖形化展示和操作，如控制地圖數據層的顯示狀態，實現地圖縮放、平移、選擇、查詢、標注等功能，支持路口示意圖、設計圖以及實拍圖片導入。

3.2 路口市政信號狀態監視功能

支持單路口、多路口、干線、區域等多種方式對信號運行情況進行實時監視。針對不同用戶級別展示相應管轄范圍的路口信號監視界面，并提供對應用戶級別的干預控制權限。

路口視頻信息監控，抓取多路車輛視頻、雷達、地磁線圈等信號，并實時跟進路口擁堵狀況，顯示當前信號控制周期整個相位。

3.3 路口有軌電車運行控制狀態監視功能

系統能夠顯示有軌電車信號優先請求及路口信號響應的情況。基于GIS電子路網背景地圖，實現對有軌電車沿線路口優先控制功能開啟情況及實現優先控制的可視化展示，從而實現對運行狀態的監視。

3.4 軌道交通信號控制柜的遠程控制功能

支持用戶通過系統進行實時加載、調看和修改路口信號機的信號控制特征參數；提供多時段的定時控制方案、感應控制方案設置，以及干線、區域協調控制方案設置功能；提供控制時段劃分功能，根據高峰、平峰、低峰等不同時段執行不同方案；提供日計劃調度設置功能，能針對工作日、節假日、特殊日等設置不同調度計劃；提供圖形化、表單化設置，便于維護和管理。

3.5 特勤/應急人工干預功能

系統可根據實際交通情況發出命令，對路口信號進行直接干預控制，包括臨時指定方案、遠程手動步進、指定控制方式、鎖定相位等。

3.6 有軌電車干線協調功能

系統根據干線交叉口之間的相關性劃分控制子區，針對不同子區實施不同控制方式；子區之間具有協調性，保證整個干線協調方向通行能力最大、停車次數最小；干線協調控制下各個交叉口可設置感應控制的功能，提升協調控制靈活性。

3.7 設備在線故障監測功能

具備交通信號控制設備備案、設備地圖標注、設備聯網接入、故障維護管理等設備管理功能。具備軟件運行自檢功能、事件日志調取等功能，支持對系統軟件運行、網絡通信、信號機運行等工作狀態及故障情況進行全面監視和檢測。

3.8 系統配置和管理

具備系統參數配置、用戶管理、日志管理、數據字典管理等系統運行所需功能。

4 結束語

雙網融合技術在沈撫新區有軌電車建設中已實現初步應用，采用軌道與市政兩張網融合控制模式，提高有軌電車運行效率的同時也保證了其運行安全，實現智慧路口升級建設。隨著城市軌道交通的蓬勃發展，有軌電車雙網融合技術憑借其高安全、高效率、高效益、服務性好、示范性強、整合度高的特點，必能為城市軌道交通發展提供借鑒，雙網融合信號控制管理平臺的遠期建設必將在城市軌道交通發展中起著關鍵性的作用。