現代有軌電車信息化系統框架研究

董 婉 麗

(安徽四創電子股份有限公司，安徽 合肥 230031)

1 概述

為促進城市可持續發展，解決機動車帶來的交通擁堵、交通事故、環境污染和能源危機問題，20世紀80年代，西方發達國家將軌道交通作為城市公共交通發展的重點，利用現代技術將舊式有軌電車改造為低噪聲、低振動、省能源、高運量、高速度、高性能的現代有軌電車，在全球掀起了興建現代有軌電車的熱潮。目前，全球60多個國家240多座城市采用現代有軌電車作為城市重要的公共交通工具。與發達國家相比, 我國的現代有軌電車才剛剛起步。國家《“十二五”綜合交通運輸體系規劃(國發[2012]18號)》提出“有序推進輕軌、地鐵、有軌電車等城市軌道交通網絡建設”。上海、天津、沈陽、長春、成都、武漢、廣州、珠海等地已開通有軌電車線路，深圳、合肥等26座城市規劃了有軌電車線路。至2020年，預計全國有軌電車通車里程超過2 500 km。面對我國的現代有軌電車建設熱潮，提出了一套現代有軌電車信息化系統框架，剖析了各組成部分，為現代有軌電車信息化系統規劃和建設提供可借鑒的資料。

2 國內外有軌電車發展概況

現代有軌電車具有客運能力大、速度高、彈性靈活、舒適、環保等特征，是大城市公共交通的良好補充和中小城市綠色交通的重要組成。20世紀90年代中后期，現代有軌電車開始在歐洲中小城市發展，并快速席卷全球。法國里昂、英國倫敦、德國卡爾斯魯厄等城市通過建設現代有軌電車，提升了城市交通效率和品質。在歐洲現代有軌電車系統建設過程中，西門子等公司在系統規劃、設計和建設中起到了重要作用。以西門子為代表的現代有軌電車系統框架主要包括運行控制和行車調度系統、旅客信息系統、信號控制系統和通信系統。國內現代有軌電車建設起步較晚，2013年，2014年沈陽、成都、廣州、珠海等城市才相繼開通了現代有軌電車線路，另有20多座城市規劃了現代有軌電車線路。國內參與各大城市有軌電車系統建設的主要公司有中國北車、南車和新筑股份等，側重系統的車輛、軌道、車站等硬件基礎設施和工程建設。已建的現代有軌電車系統主要由機電系統、售檢票系統、控制系統、監控系統等組成。

3 現代有軌電車信息化系統組成

3.1 系統框架

在分析國內外有軌電車發展情況的基礎上，研究了現代有軌電車信息化系統的組成，設計系統的初步框架：系統主要由有軌電車車輛、軌道、車站、監控調度中心、供電系統、通信系統、運營調度系統、信號控制系統、票務系統、旅客信息服務系統、視頻監控系統、火災自動報警系統等組成,如圖1所示。

3.2 有軌電車車輛

有軌電車車輛是現代有軌電車系統的重要載體，一般采用鋼輪鋼軌低地板鉸接車輛，彈性低噪車輪，徑向獨立輪轉向架。列車容量約100人～300人。車內設有空調、采暖季通風系統、車輛定位裝置、行車顯示設備、車載道岔控制裝置、車載信號優先控制裝置、車內監控攝像機、車載pose機、無線通信設備等。其中，車輛定位裝置屬于運營調度系統，通常采用GPS實時精確定位車輛位置(定位精度達到厘米級)，顯示車輛在行車路線上的位置及前后相鄰的列車位置；車載顯示裝置包括車內監控視頻、車頭監控視頻、車輛位置顯示、車內電子顯示屏等；車載道岔控制裝置包括道岔控制顯示面板、車載天線、通信模塊和電源等；車載信號優先裝置屬于信號控制系統，包括電子標簽或短程通訊檢測裝置、車載天線等；車內監控攝像機屬于視頻監控系統，包括車頭監控(駕駛員、行車軌道)和上下客監控；車載pose機屬于票務系統，用于乘客收費；無線通信裝置屬于通信系統，通過WIFI及GPRS通訊模塊實現信息傳輸。

3.3 軌道

現代有軌電車軌道可以與機動車道合用，也可以設置專用道。軌道一般采用1 435 mm標準軌距，鋼軌優先選用Ri60/R10槽型軌，電氣絕緣。

3.4 車站

現代有軌電車車站通常由土建基礎設施和電子站牌、檢票閘機、車站監控球機等組成。其中，電子站牌屬于旅客信息服務系統，用于發布車輛位置及到站信息；檢票閘機屬于票務系統，用于乘客收費；車站監控球機屬于視頻監控系統，可以與車站頂棚或電子站牌一體化設置，傳輸監控視頻圖像到監控調度中心，便于管理者監控車站安全。

3.5 監控調度中心

監控調度中心是現代有軌電車系統的核心，一般設置數據和應用服務器、交換機、終端、矩陣切換器、數字硬盤錄像機、彩色監視器等設備。終端安裝運營調度集成管理軟件、信號控制系統集成控制軟件、票務系統集成管理軟件、旅客信息服務系統集成管理軟件、視頻監控系統集成管理軟件、環境設備監控系統軟件、綜合信息系統軟件等，實現對有軌電車的指揮調度、運營管理和信息服務。

3.6 供電系統

有軌電車供電系統包括車輛供電系統和設備供電系統。其中，車輛供電多采用架空接觸網或地面三軌授電，包含變電所及供電所需的相關設備。

3.7 通信系統

通信系統一般由光纖，GPRS，WIFI等傳輸網絡、基站、傳輸模塊/裝置等組成，實現車輛定位、視頻監控等數據傳輸功能。

3.8 運營調度系統

運營調度系統實現時刻表編制與調整、車組配班計劃與調整、車輛運營監視、運營數據分析統計、系統設備狀態監視及報警等功能，主要電子設備包括監控調度中心設置的系統應用服務器、調度及維護終端、網絡設備、車輛定位裝置、行車顯示設備、車載無線調度終端和打印機等。

3.9 信號控制系統

信號控制系統包括正線道岔控制子系統、路口信號優先子系統和車輛段連鎖系統。

1)正線道岔控制子系統。該系統可以幫助司機在車輛運行時通過車載按鈕實現對道岔的遙控、使道岔位置滿足行車要求。系統通過RFID技術，能夠實現司機在控制范圍內遙控道岔轉換的功能。正線道岔控制子系統一般由車載和地面設備組成。車載設備包括道岔控制顯示面板、車載天線、通信模塊和電源等。地面設備包括整體型直動轉轍機(位于路面下)、信號機、無源電子標簽、地面控制單元、通信模塊等。2)路口信號優先控制子系統。該系統主要用于有軌電車與橫向公交系統運行車輛空間通行優先權控制。有軌電車在公交路口處應按公交系統路口信號燈顯示行車，系統控制模型通常有絕對優先控制、相對優先控制等模式。設計該系統時需結合有軌電車線路布置情況和路口性質進行分析。路口信號優先控制子系統主要包括電子標簽或短程通訊檢測裝置、車載天線、地面無線射頻設備和接口控制設備等。3)車輛段連鎖子系統。該系統能夠對車輛段內的調車作業進行集中控制，實現車輛段內進路上的道岔、信號機和軌道區段的連鎖功能，保證車輛段內調車作業及車輛段出入段作業的安全。車輛段連鎖系統主要包括連鎖設備和車輛檢測設備，連鎖設備一般由室內電源設備、連鎖控制設備、室外信號機及電動轉轍機等設備組成。

3.10票務系統

票務系統主要由有軌電車IC卡運營管理系統和市民卡、城市通卡有軌電車二級平臺結算管理系統組成。有軌電車IC卡運營管理系統實現有軌電車公司自發行票卡的運營管理，市民卡、城市通卡有軌電車二級平臺結算管理系統主要實現已發行的市民卡、城市通卡在有軌電車上的刷卡消費功能，采集市民卡、城市通卡消費數據，并與城市通卡、市民卡清算平臺進行對賬結算。

系統主要的電子設備包括：IC卡、車載POS機、檢票閘機、紅外采集盒、GPRS/CDMA或WIFI傳輸模塊等。

3.11旅客信息服務系統

旅客信息服務系統實現車輛線路及站點查詢、車輛位置及到站時間播報等功能，主要電子設備包括電子站牌、語音廣播、手機等。

3.12視頻監控系統

視頻監控系統實現車內及車站安全監管功能，主要電子設備包括車載視頻監控設備、車站視頻監控設備和監控調度中心存儲和顯示設備。其中，車載視頻監控設備包括車廂前部的攝像機、車頭對外攝像機、上下客攝像機、NVR、無線AP等；車站視頻監控設備包括監控球機、光端機等；監控調度中心設備包括矩陣切換器、操作和編程鍵盤、數字硬盤錄像機、彩色視頻打印機、彩色監視器、多媒體電腦等。

3.13火災自動報警系統

火災自動報警系統一般設置在地下區間、地下(地面)變電所附近，實現自動發現火災并報警的功能，預防和減少火災損失。

4 結語

現代有軌電車是綠色新型的公共交通系統，未來將成為可持續發展智慧交通的重要組成部分。為了在規劃有軌電車時充分考慮系統的整體性，分析了國內外城市有軌電車發展情況，提出了一套現代有軌電車系統的框架，簡要分析了系統的各組成部分，為城市規劃、建設和發展現代有軌電車系統提供參考。