智軌信號系統關鍵技術方案研究

趙 帥

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣州 510000）

1 概述

近年來，隨著中國城市規模和人口數量的不斷擴大，交通擁堵成為城市發展過程中較為棘手的問題，在城市軌道交通和道路公共交通之外，人們尋求一種新的解決方式，來解決大城市城郊、中小城市城區以及“最后1公里”的出行問題。由中車株洲電力機車研究所研制的一種新型城市交通方案——智能軌道快運系統（Autonomous Rail Rapid Transit，ART），智軌列車采用目前軌道交通中流行的100%低地板設計，其可雙向行駛的多編組膠輪車，是一種具有軌跡跟隨能力的全電驅動的新型膠輪列車。智軌采用虛擬軌道導向，只需路面噴涂軌跡標識線，無需物理軌道鋪設。智軌列車可適應多種路權形式，在半專有路權下，智軌列車可基于圖像識別、車地通信、線控轉向等技術進行有人操控的輔助駕駛，也可由司機操縱方向盤跟蹤地面軌跡線行駛，在專有路權下，可基于視覺、雷達、激光等感知融合的車輛縱橫向控制，實現有人值守的全自動駕駛。

智軌作為一種全新的城市交通解決方案，具有與城市軌道交通、現代有軌電車等其他交通方式不同的特點，下節將論述智軌系統的特點。

2 智軌系統的特點

智軌是一種新型全電驅動的新型膠輪列車，無物理軌道，基于圖像識別、車地通信、線控轉向等技術，智軌列車沿地面標線行駛。智軌系統特點可概括如下。

1）資金成本投入低

無需鋪設鋼軌，對道路破壞性小；整車重量小，單軸承載低，在既有路面，無需對橋梁進行結構加強；可借助現有的道路交通管理系統，在運輸道路上的信號系統無需大批量、大投入改造。

2）基礎建設周期短

以繪制地面標志線代替鋼軌鋪設，施工期短；可借用城市現有道路運營，縮短了道路規劃、拆遷和建設周期，預計從項目立項到全部運力上線僅需12個月。

3）運營靈活、適應性高

無需鋪設鋼軌，可采用共享路權方式，運營線布置靈活；發生交通擁堵或事故時，可以繞道行駛，調度靈活；轉彎半徑小，雙向行駛，可以在老城區相對狹窄的道路運行。

3 株洲智軌信號系統方案研究

株洲智軌工程線路基本沿地面敷設，與地面公共交通交叉運行，因此傳統軌道交通的信號系統并不適用，應采用人工駕駛為主的方式保證行車安全。智軌無物理軌道，因此株洲智軌信號系統主要包括調度管理系統、車地無線通信系統、路口優先控制系統和車載信號系統。系統架構如圖1所示，軌旁傳輸系統和車地無線通信由通信專業建設。

通過對智軌信號系統需求的分析，其較現代有軌電車信號系統極大精簡，在半專有路權的情況下，智軌信號系統核心在于列車定位方式和路口優先的實現方式。智軌與現代有軌電車信號系統主要技術方案對比[1，2]如表1所示。

圖1 信號系統架構圖Fig.1 Signal system architecture diagram

表1 智軌與現代有軌電車信號系統主要技術方案對比表Tab.1 Comparison of main technical schemes of ART and modern tram signal system

4 列車定位

控制中心是保證智軌列車安全、準時、可靠和高效運行的基本保障設施，需要對全線智軌列車進行自動監視，完成對列車的行車調度和緊急事件處理。因此列車的定位是必要的。

現代有軌電車列車定位的方式有多種，目前國內廣泛采用基于“衛星定位+信標”的組合定位方式[3]。由于智軌系統無物理軌道敷設，因此傳統城市軌道交通制式系統安裝在軌道的定位設備無法應用，僅僅采用衛星定位又會存在定位誤差，且列車在經過高架橋下或地下等地段會造成定位丟失，因此智軌的定位采用以“衛星全球定位技術+電子地圖”的組合定位方式，以衛星定位為主[4]，通過列車速度和線路數據庫等信息對列車位置進行校正。在列車內安裝衛星定位終端設備，通過差分計算[5]，獲得列車當前位置，結合列車當前速度和線路數據信息對列車位置進行校正，并將列車準確位置通過車地無線通信系統發送至控制中心運營調度管理系統，經處理后在調度大廳大屏幕上顯示列車所在位置。

5 路口優先

在半專有路權下，智軌列車與社會車輛共享路口路權，行車效率主要受制于路口通過，如果列車頻繁在路口前停車增加啟停次數，則會降低行車效率[6]。在交叉路口處配置路口優先控制系統，通過與市政交通信號控制系統接口，采用適當的優先控制策略，實現提高路口通過效率，保證運行準點高效的目的。路口控制模式通常有絕對優先和相對優先兩種方式[7]。絕對優先控制可以保證有軌電車通過路口的優先權。相對優先方式則不一定能保證智軌列車優先通過路口。

智軌列車通過車地無線通信系統將優先請求信息發送至地面有線傳輸系統，路口信號優先控制器通過地面有線傳輸系統獲取車輛優先請求信息，并將相應的車輛優先請求信息發送至道路交通信號控制機，由其進行優先處理。車載控制單元實時向路口信號優先控制器發送當前車輛的位置、車速、車輛行車方向等信息，路口信號優先控制器經過信息處理后，向道路交通信號控制機發送優先請求，由道路交通信號控制機實施車輛優先通行策略[8]。

6 結語

隨著城市化進程的加快，城市交通擁堵問題日漸凸顯，傳統城市軌道交通等其他制式交通系統雖然能緩解城市交通壓力，但是建造成本高、基礎建設周期長及運營靈活性差。智能軌道快運系統憑借其投資低、建設周期短、靈活的運營組織等優勢成為交通運輸領域新的關注熱點。本文主要對信號系統關鍵技術方案進行研究，通過對智能軌道快運系統特點的分析，對關鍵技術進行分析研究，旨在為智軌信號系統設計和建設提供一些借鑒和參考。