現代有軌電車信號控制系統設計綜述

高建云 李佳楓

1.中鐵電氣化局集團有限公司華中區域指揮部 湖北 武漢 430063

2.北京交通大學電氣工程學院 北京 100000

正文：

1 前言

隨著我國城鎮化進程的不斷加快，城市軌道交通事業得到迅速發展。有軌電車作為一種城市輕型軌道交通運行方式，以經濟、便捷、環保、節約等優勢逐步得到應用。

信號控制系統作為現代有軌電車運營的基礎條件，起到保證運行安全、提高運行效率的重要作用。因有軌電車運行環境特殊，與地面車輛與行人易存在路權沖突，其信號控制方式方面與其他類型軌道交通存在差異。本文重點對運行中問題比較突出的有軌電車正線道岔控制、路口優先控制、車輛位置監測系統展開研究，為方案的優化設計提供參考。

2 信號系統需求

2.1 正線道岔控制

與傳統地鐵或輕軌不同，有軌電車無安全間隔控制需求、無超速防護需求，僅在交叉路口或路線分歧處需設道岔，當有軌電車接近時，必須確保道岔的可靠性，同時要以信號的形式給予指示，為列車安全通過提供有效保障。

2.2 路口優先控制

因地面交通狀況隨機，有軌電車信號不完全封閉，無閉塞區間控制。在運行中，有軌電車運行效率受社會車輛及行人影響較大。如何有效解決該問題，提高其通行效率函待解決。

2.3 車輛接近檢測

有軌電車車輛接近狀況的檢測對其安全運行至關重要。因受到城市車輛、行人、建筑物等因素干擾，如何采用有效的檢測技術，控制有軌電車運行是關鍵。

3 控制方案分析

3.1 道岔控制系統

結合已建成的蘇州、南京、珠海、沈陽等城市的建設經驗，同時參考鐵路信號控制系統的成熟系統結構，目前有軌電車道岔控制方式可以分為聯鎖集中控制方式和分散控制方式兩種。

1）方案1：聯鎖集中控制。集中控制的相鄰幾個道岔區設置一套聯鎖主機，聯鎖邏輯按傳統運行方式，聯鎖控制區劃分類似于地鐵模式。進路控制道岔分為自動、人工辦理。不設置車地通信設備。自動辦理進路要以時刻表為基礎。

改方案的實施好處是有效降低了軌道旁邊的主機數量，實現了道岔的高效集中管理。其不足之處在于必須按照國家鐵路或者城市地鐵的配置標準來實施方案，在恰當的地方安排聯鎖站，同時控制中心配備獨立的用房，并且需要在沿線敷設足夠多的光纜電纜，要特別注意軌道用電電路的安裝環境，不僅僅耗資比較多而且還影響到治線的置觀；對道岔可靠性的控制必須依賴控制中心的時刻表，運行維護復雜。

2）方案2：分散控制。道岔控制設備分散在軌旁道岔附近，包括控制主機、岔區車地無線通信設備（感應環線或WLAN）、列車定位設備（RFID或交叉感應環線）、進路指示器。

分散控制方式不需要經過中心或車站辦理，完全由列車和軌旁道岔控制設備的交互實現道岔控制，控制方式更為靈活，僅需通過交互式的車地聯動即可完成道岔控制，結構上可以實現小型化，更適宜作為正線道岔控制系統控制模式。由于是多點的分散控制，可節約大量的光電纜及相關的電纜溝槽，降低建設成本。

3.2 路口優先控制系統

該系統可分為定時信號控制和感應信號控制。定時信號控制是在每個固定信號周期內增加有軌電車專用相位，達到有軌電車優先控制的目的；感應信號控制根據路口的通行條件、交通流量、建設成本等因素綜合考慮，其控制方式分為絕對優先方式、相對優先方式和部分優先方式三種。絕對信號優先對橫向車流影響嚴重，僅適用于交通流量較小的路口；相對信號優先綜合考慮列車位置、速度、安全制動距離等因素，能夠兼顧有軌電車與社會車輛的通行效率，應用較廣；部分信號優先是有選擇地為有軌電車車輛提供優先信號的策略，該策略的實現前提條件是控制系統必須提供額外的附加信息，以此來判斷哪一種車輛可以在交叉路口可以得到優先通行，這同時也無形中增加了應用的成本。

3.3 車輛接近檢測子系統

該系統通過GPS、感應環線、視頻識別、數字聲波及DSRC射頻系統等技術，檢測交叉路口有軌電車的靠近情況。已建成線路均設置了該系統，但受城市建筑布局、社會車輛等外界因素干擾，系統實施方案均有差異。

1）基于GPS技術的檢測系統。目前應用較為廣泛，主要由車內單元和車外單元組成。通過定向天線、中央處理器和射頻發射器工作，車內單元定時地發射含有車輛位置信息的數據包，車外單元接收數據后，通過中央處理器進行信號優先決策。該方案不受視線和天氣條件的影響，能夠提供連續、實時的高精度位置、速度和時間信息，但存在衛星間斷性盲區、地面建筑物干擾、安裝維護費用高等缺點，制約其工程應用。

2）基于感應環線的檢測系統。由異頻雷達發射裝置、感應線圈、接收裝置三部分組成。該系統安裝過程對可靠性和壽命影響大、修理或安裝需中斷交通，在交叉路口環境下，易被重型車輛、路面修理等損壞等缺點，影響信號優先系統的實施。

3）基于DSRC的檢測系統。DSRC是基于長距離RFID射頻識別的微波無線傳輸技術，主要由車載單元、路側單元以及專用短程通信協議組成，具有大容量、高速率、低時延等優點。

在有軌電車的車輛接近檢測中，DSRC可為車與路間提供單向或雙向交互式通信，使車輛能夠使用交通信息網絡中的各種資源，從而將車和路有機地連接起來。58GHz系統DSRC協議的基礎技術可保證其至少有30米的雙向通訊距離，滿足有軌列車接近檢測及數據的實時、準確傳輸。

另外，基于射頻識別(RFID)技術的“點式定位”系統通過射頻信號自動識別、無需可見光，具有穿透性、環境工況要求低、識別距離遠、識別速度快、無接觸等優點，適用于有軌電車交義路口的識別，可作為其路口優先控制首選方案。

4 結論

本文以研究現代有軌電車運行工況及信號控制需求為出發點，將其與傳統地鐵、鐵路的信號控制加以區別，分別對正線道岔控制、路口優先控制、車輛位置監測技術方案進行分析對比，給出了最優方案，為現代有軌電車安全穩定運行提供技術保障。