現(xiàn)代有軌電車平交路口信號系統(tǒng)控制方案研究

雷 彬，孟凡超

（廣州鐵科智控有限公司，廣州 510145）

隨著近年國內(nèi)城市軌道交通的快速發(fā)展，有軌電車因其安全可靠、舒適便捷、節(jié)能環(huán)保等特點，逐漸成為中小城市公共交通運輸體系的骨干，以及大中城市軌道交通網(wǎng)的補充，在城市軌道交通中占據(jù)重要地位[1]。有軌電車區(qū)別于傳統(tǒng)城市軌道交通的最大特點是與市政交通有道路交叉，以麗江市有軌電車1號線為例，對有軌電車平交路口信號系統(tǒng)控制方案展開研究。有軌電車在城市交通系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸廣泛，與有軌電車線路交叉的路口也隨之多樣化，一條線路中同時出現(xiàn)多種不同類型的路口成為普遍情況，如何通過路口控制系統(tǒng)實現(xiàn)電車在不同類型平交道口安全高效運行成為有軌電車當(dāng)前發(fā)展階段需要解決的主要問題。結(jié)合麗江市有軌電車1號線，對有軌電車平交路口信號系統(tǒng)控制方案展開研究。

1 設(shè)計概述

1.1 項目概況

麗江市有軌電車1號線起于游客中心站，終點至玉龍雪山站，全程途經(jīng)11個市政地面道路，線路與沿線的地面道路平面交叉，形成典型的鐵路與公路平交口。信號系統(tǒng)提供路口控制系統(tǒng)，用于與市政交通控制系統(tǒng)接口交互。該線采用傳統(tǒng)的司機(jī)目視行車，平交路口前方設(shè)置路口表示器，用于指導(dǎo)司機(jī)駕駛、控制平交口路權(quán)與防護(hù)道路安全。平交路口前方設(shè)置接近信標(biāo)、到達(dá)信標(biāo)，平交路口后方設(shè)置離去信標(biāo)。電車掃過接近信標(biāo)后，車載系統(tǒng)發(fā)送接近請求與路口控制系統(tǒng)建立連接，路口根據(jù)電車接近情況與市政交通控制系統(tǒng)進(jìn)行信號傳輸，控制路口表示器的顯示，從而實現(xiàn)電車安全通過平交路口[2]。

1.2 設(shè)計原則

根據(jù)國標(biāo)《輕軌交通設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（ GB/T 51263-2017）第 11.6.5 條“平交口信號優(yōu)先的控制策略”第 2 項 “當(dāng)交叉口交通流量滿足設(shè)置信號控制的最低要求，且相交道路交通流量明顯小于正線道路交通流量時，宜采用優(yōu)先的信號控制”的規(guī)定[3]，對應(yīng)麗江市有軌電車1號線實際情況，與有軌電車線路相交叉的道路均為城郊、道路等級低、交通流量較少的鄉(xiāng)村支路、等外道路及四級公路等。而有軌電車途經(jīng)麗江市熱門旅游景點，有軌電車滿足絕對優(yōu)先運行的條件。為發(fā)揮軌道交通安全、快捷、高效、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，提高和改善麗江市旅游景區(qū)交通條件，本線路設(shè)計為有軌電車與道路相交的平交口采用有軌電車絕對優(yōu)先方案[4]。

1.3 路口類型

麗江市有軌電車1號線路口類型具體分為3類：

1）與站臺關(guān)聯(lián)的平交路口：即按運營正方向，路口在電車出站后200 m范圍內(nèi)，在該類型的平交路口，系統(tǒng)確保電車停靠站臺時不占用市政道路的路權(quán)，列車出站后能迅速通過路口；

2）無站臺關(guān)聯(lián)的平交路口：即按運營正方向，路口不屬于電車出站后200 m范圍內(nèi)，對于該類型平交路口，系統(tǒng)保證電車在路口空閑狀態(tài)下以最短的占用時間通過路口；

3）車輛基地道路平交路口：該路口僅供車輛基地內(nèi)部使用，由于此類型路口屬于內(nèi)部使用且使用率極低，路口在無過道申請的情況，長期為電車開放允許狀態(tài)，保障運營效率。

2 路口控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

路口控制系統(tǒng)包含電源模塊、CPU模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊以及專用信號機(jī)控制模塊，通過與市政交通控制系統(tǒng)、路口表示器交互，并基于綜合承載網(wǎng)與車載系統(tǒng)、綜合調(diào)度管理系統(tǒng)進(jìn)行交互，實現(xiàn)路口控制的功能[5]。

電源模塊：AC/DC開關(guān)電源，輸入AC 220 V，輸出DC±15 V。模塊具有完備斷電報警功能，模塊支持熱插拔。

CPU模塊：作為路口控制器的核心組件，根據(jù)電車接近信息提供優(yōu)先邏輯處理功能，同時對外提供通信接口，分別與專用信號機(jī)控制模塊和市政交通控制器進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互。

光電轉(zhuǎn)換模塊：用于將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，接入綜合承載網(wǎng)交換機(jī)，并通過綜合承載網(wǎng)與綜合調(diào)度管理系統(tǒng)、車載系統(tǒng)進(jìn)行交互。

IO模塊/RS-422/RS-485模塊：用于與市政交通控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，通過繼電接口與市政交通進(jìn)行控制命令的發(fā)送和接收。

路口控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 路口控制系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 The architecture of the level crossing control system

2.2 系統(tǒng)功能

路口控制系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)有軌電車在交叉路口的信號控制。路口控制系統(tǒng)可通過接收車載子系統(tǒng)發(fā)送的電車接近、到達(dá)和離去路口的判斷信息，并將相關(guān)信息送往市政交通控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各種交通工具之間的有序運行[6]。

電車運行至路口前方的接近信標(biāo)，電車的信標(biāo)天線掃過接近信標(biāo)時，車載系統(tǒng)向路口控制系統(tǒng)發(fā)送接近請求，路口控制系統(tǒng)接收到接近請求后，回復(fù)車載系統(tǒng)信息包，完成通信連接建立。電車通過路口后，電車的信標(biāo)天線掃過離去信標(biāo)，車載系統(tǒng)向路口控制系統(tǒng)發(fā)送離去信息，路口控制系統(tǒng)接收離去信息后與車載系統(tǒng)斷開連接[7]。

路口控制系統(tǒng)僅在電車位于對應(yīng)路口的接近信標(biāo)至離去信標(biāo)范圍內(nèi)與車載系統(tǒng)建立通信進(jìn)行信息交互，最大限度節(jié)約系統(tǒng)計算及通信資源，優(yōu)化系統(tǒng)性能。

路口控制系統(tǒng)向市政交通系統(tǒng)提供電車及路口信息后，市政交通控制系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)先級策略返回路口表示器的優(yōu)先狀態(tài)；路口控制系統(tǒng)根據(jù)市政交通控制系統(tǒng)的返回狀態(tài)，通過車載和綜合調(diào)度系統(tǒng)向司機(jī)和調(diào)度反饋[8]。

2.3 系統(tǒng)接口

路口控制系統(tǒng)接口包括與車載系統(tǒng)接口、與市政交通控制系統(tǒng)接口、與綜合調(diào)度管理系統(tǒng)接口。路口控制系統(tǒng)與車載系統(tǒng)、綜合調(diào)度管理系統(tǒng)之間的接口均采用以太網(wǎng)，路口控制系統(tǒng)與市政交通控制系統(tǒng)之間的接口采用繼電接口。路口控制系統(tǒng)接口信息交互如圖2所示。

圖2 路口控制系統(tǒng)接口信息交互Fig.2 Interface information exchange of the level crossing control systems

路口控制系統(tǒng)與市政交通控制系統(tǒng)之間的每一路接口信號采用一組繼電器干接點實現(xiàn)。路口控制系統(tǒng)繼電器的驅(qū)動電源及接口干接點采集電源由路口控制系統(tǒng)自身提供，市政交通控制系統(tǒng)繼電器的驅(qū)動電源及接口干接點采集電源由市政交通控制系統(tǒng)提供。

路口控制系統(tǒng)與市政交通控制系統(tǒng)雙向收發(fā)詳細(xì)接口信號和定義如表1所示。

表1 接口信號定義Tab.1 Interface signal def initions

3 路口通過方案

每個平交路口設(shè)置路口控制器一套，用于控制路口表示器。路口上行和下行各設(shè)置一架路口表示器，用于指示有軌電車允許/禁止通過路口。根據(jù)有軌電車運行正方向，在路口前方依次設(shè)置接近信標(biāo)和達(dá)到信標(biāo)，在路口后方設(shè)置離去信標(biāo)。

3.1 與站臺關(guān)聯(lián)的平交路口

當(dāng)有軌電車運行至與站臺關(guān)聯(lián)的平交路口附近，設(shè)備布置時復(fù)用站臺精確定位信標(biāo)作為路口接近信標(biāo)，電車經(jīng)過接近信標(biāo)，不與路口控制系統(tǒng)立刻建立連接。進(jìn)站停車后等待停站倒計時到規(guī)定時間時，電車的車載系統(tǒng)再發(fā)送接近請求與路口控制系統(tǒng)建立連接，防止有軌電車過多占用路權(quán)影響市政交通的運行效率。同理，若離開路口后近距離內(nèi)有站臺，則復(fù)用站臺精確定位信標(biāo)作為離去信標(biāo)，使電車進(jìn)入站臺后能及時釋放路權(quán)。路口控制系統(tǒng)向市政交通控制系統(tǒng)發(fā)送電車接近請求信息后，市政交通控制系統(tǒng)關(guān)閉市政交通信號，開放有軌電車專用路口表示器。

與站臺關(guān)聯(lián)的平交路口如圖3所示。

圖3 與站臺關(guān)聯(lián)的平交路口Fig.3 Level crossing associated with the platforms

3.2 無站臺關(guān)聯(lián)的平交路口

當(dāng)有軌電車運行至無站臺關(guān)聯(lián)的平交路口附近時，經(jīng)過接近信標(biāo)，電車的車載系統(tǒng)發(fā)送接近請求與路口控制系統(tǒng)建立連接，路口控制系統(tǒng)向市政交通控制系統(tǒng)發(fā)送電車接近請求信息，市政交通控制系統(tǒng)接收到信息后關(guān)閉市政交通信號，開放有軌電車專用路口表示器。有軌電車駛離平交路口，經(jīng)過離去信標(biāo)后，有軌電車發(fā)送離去信息至路口控制系統(tǒng)與之?dāng)嚅_連接，市政交通控制系統(tǒng)接收到離去信號，自動恢復(fù)路口交通信號正常控制，開放市政道路信號[9]。

無站臺關(guān)聯(lián)的平交路口如圖4所示。

圖4 無站臺關(guān)聯(lián)的平交路口Fig.4 Level crossing not associated with the platforms

3.3 車輛基地道路平交路口

車輛基地道路因只用于車輛基地內(nèi)部使用且使用率較低，故電車專用路口表示器設(shè)置為常綠允許狀態(tài)。當(dāng)有行人或社會車輛需要使用車輛基地道路時，按壓設(shè)置在道路兩旁信號機(jī)（LX10101/LS10104）上的申請按鈕，路口控制系統(tǒng)接收到路權(quán)申請后，檢查路口空閑狀態(tài)后開放路權(quán)。LX10101與LX10103、LS10102與LS10104設(shè)置為互斥信號，保證道路安全，并設(shè)置計軸JZ101、JZ102、JZ103、JZ104進(jìn)行安全防護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測到計軸JZ101-JZ103之間有電車，LX10101將被強制置為紅燈禁止信號，不再接收路權(quán)申請。同理系統(tǒng)檢測到計軸JZ101-JZ103之間有電車，LS10102將被強制置為紅燈禁止信號。

車輛基地道路如圖5所示。

圖5 車輛基地道路平交路口Fig.5 Level crossing between the tram line and the road of the vehicle base

4 路口通過流程

當(dāng)路口控制系統(tǒng)設(shè)備正常且有軌電車線路空閑時，向市政交通控制系統(tǒng)發(fā)送的接近請求繼電器ASJ處于落下狀態(tài)、故障繼電器TFJ處于吸起狀態(tài)，有軌電車專用路口表示器點紅燈禁止通行。

當(dāng)平交路口有車接近時，路口控制系統(tǒng)向市政交通控制系統(tǒng)發(fā)送的接近請求繼電器ASJ處于吸起狀態(tài)，市政交通控制系統(tǒng)在約定的延時時間內(nèi)，將市政交通控制燈置為禁止通行狀態(tài)，將有軌電車專用路口表示器點亮為綠色允許通行狀態(tài)。

平交路口的市政交通燈禁止、有軌電車專用路口表示器點亮允許通行狀態(tài)后，市政交通控制系統(tǒng)向路口控制系統(tǒng)發(fā)送允許通過狀態(tài)，路口控制系統(tǒng)收到允許通過狀態(tài)后允許有軌電車通行。

有軌電車通過路口后，路口控制系統(tǒng)收到有軌電車的離去信號，向市政交通控制系統(tǒng)發(fā)送的接近請求繼電器ASJ處于落下狀態(tài)。市政交通控制系統(tǒng)收到ASJ落下狀態(tài)后，釋放路口優(yōu)先請求，將有軌電車專用路口表示器點為紅色禁止通行，市政交通控制系統(tǒng)開放市政交通路權(quán)。

當(dāng)市政交通控制系統(tǒng)收到路口控制系統(tǒng)故障時，將有軌電車專用路口表示器點為黃色閃爍。

通過流程如圖6所示。

圖6 有軌電車通過路口流程Fig.6 Process of trams passing through level crossings

5 結(jié)語

結(jié)合麗江市有軌電車1號線的具體線路情況，對現(xiàn)代有軌電車平交路口信號系統(tǒng)控制方案進(jìn)行分析研究，解決了同一線路上有不同類型路口時電車如何安全高效通過的問題。結(jié)合具體平交路口的特點和實際情況，對電車通過路口方案進(jìn)行針對性定制化設(shè)計，充分發(fā)揮了有軌電車安全、快捷、高效等優(yōu)點，實現(xiàn)平交路口合理、合規(guī)、有效的交通組織，確保兩種不同類型的交通系統(tǒng)能有序地運行，分流合理，最大限度地提高交通運輸通行能力[10]。