現(xiàn)代有軌電車(chē)平交路口信號(hào)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(guó)內(nèi)城市軌道交通的快速發(fā)展，有軌電車(chē)因其安全可靠、舒適便捷、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，逐漸成為中小城市公共交通運(yùn)輸體系的骨干，以及大中城市軌道交通網(wǎng)的補(bǔ)充，在城市軌道交通中占據(jù)重要地位[1]。有軌電車(chē)區(qū)別于傳統(tǒng)城市軌道交通的最大特點(diǎn)是與市政交通有道路交叉，以麗江市有軌電車(chē)1號(hào)線(xiàn)為例，對(duì)有軌電車(chē)平交路口信號(hào)系統(tǒng)控制方案展開(kāi)研究。有軌電車(chē)在城市交通系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸廣泛，與有軌電車(chē)線(xiàn)路交叉的路口也隨之多樣化，一條線(xiàn)路中同時(shí)出現(xiàn)多種不同類(lèi)型的路口成為普遍情況，如何通過(guò)路口控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電車(chē)在不同類(lèi)型平交道口安全高效運(yùn)行成為有軌電車(chē)當(dāng)前發(fā)展階段需要解決的主要問(wèn)題。結(jié)合麗江市有軌電車(chē)1號(hào)線(xiàn)，對(duì)有軌電車(chē)平交路口信號(hào)系統(tǒng)控制方案展開(kāi)研究。

1 設(shè)計(jì)概述

1.1 項(xiàng)目概況

麗江市有軌電車(chē)1號(hào)線(xiàn)起于游客中心站，終點(diǎn)至玉龍雪山站，全程途經(jīng)11個(gè)市政地面道路，線(xiàn)路與沿線(xiàn)的地面道路平面交叉，形成典型的鐵路與公路平交口。信號(hào)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(xiàn)采用傳統(tǒng)的司機(jī)目視行車(chē)，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(chē)掃過(guò)接近信標(biāo)后，車(chē)載系統(tǒng)發(fā)送接近請(qǐng)求與路口控制系統(tǒng)建立連接，路口根據(jù)電車(chē)接近情況與市政交通控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳輸，控制路口表示器的顯示，從而實(shí)現(xiàn)電車(chē)安全通過(guò)平交路口[2]。

1.2 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)國(guó)標(biāo)《輕軌交通設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（ GB/T 51263-2017）第 11.6.5 條“平交口信號(hào)優(yōu)先的控制策略”第 2 項(xiàng) “當(dāng)交叉口交通流量滿(mǎn)足設(shè)置信號(hào)控制的最低要求，且相交道路交通流量明顯小于正線(xiàn)道路交通流量時(shí)，宜采用優(yōu)先的信號(hào)控制”的規(guī)定[3]，對(duì)應(yīng)麗江市有軌電車(chē)1號(hào)線(xiàn)實(shí)際情況，與有軌電車(chē)線(xiàn)路相交叉的道路均為城郊、道路等級(jí)低、交通流量較少的鄉(xiāng)村支路、等外道路及四級(jí)公路等。而有軌電車(chē)途經(jīng)麗江市熱門(mén)旅游景點(diǎn)，有軌電車(chē)滿(mǎn)足絕對(duì)優(yōu)先運(yùn)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(shì)，提高和改善麗江市旅游景區(qū)交通條件，本線(xiàn)路設(shè)計(jì)為有軌電車(chē)與道路相交的平交口采用有軌電車(chē)絕對(duì)優(yōu)先方案[4]。

1.3 路口類(lèi)型

麗江市有軌電車(chē)1號(hào)線(xiàn)路口類(lèi)型具體分為3類(lèi)：

1）與站臺(tái)關(guān)聯(lián)的平交路口：即按運(yùn)營(yíng)正方向，路口在電車(chē)出站后200 m范圍內(nèi)，在該類(lèi)型的平交路口，系統(tǒng)確保電車(chē)停靠站臺(tái)時(shí)不占用市政道路的路權(quán)，列車(chē)出站后能迅速通過(guò)路口；

2）無(wú)站臺(tái)關(guān)聯(lián)的平交路口：即按運(yùn)營(yíng)正方向，路口不屬于電車(chē)出站后200 m范圍內(nèi)，對(duì)于該類(lèi)型平交路口，系統(tǒng)保證電車(chē)在路口空閑狀態(tài)下以最短的占用時(shí)間通過(guò)路口；

3）車(chē)輛基地道路平交路口：該路口僅供車(chē)輛基地內(nèi)部使用，由于此類(lèi)型路口屬于內(nèi)部使用且使用率極低，路口在無(wú)過(guò)道申請(qǐng)的情況，長(zhǎng)期為電車(chē)開(kāi)放允許狀態(tài)，保障運(yùn)營(yíng)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(zhuān)用信號(hào)機(jī)控制模塊，通過(guò)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(chē)載系統(tǒng)、綜合調(diào)度管理系統(tǒng)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)路口控制的功能[5]。

電源模塊：AC/DC開(kāi)關(guān)電源，輸入AC 220 V，輸出DC±15 V。模塊具有完備斷電報(bào)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(chē)接近信息提供優(yōu)先邏輯處理功能，同時(shí)對(duì)外提供通信接口，分別與專(zhuān)用信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，接入綜合承載網(wǎng)交換機(jī)，并通過(guò)綜合承載網(wǎng)與綜合調(diào)度管理系統(tǒng)、車(chē)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(guò)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(shí)現(xiàn)有軌電車(chē)在交叉路口的信號(hào)控制。路口控制系統(tǒng)可通過(guò)接收車(chē)載子系統(tǒng)發(fā)送的電車(chē)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(shí)現(xiàn)各種交通工具之間的有序運(yùn)行[6]。

電車(chē)運(yùn)行至路口前方的接近信標(biāo)，電車(chē)的信標(biāo)天線(xiàn)掃過(guò)接近信標(biāo)時(shí)，車(chē)載系統(tǒng)向路口控制系統(tǒng)發(fā)送接近請(qǐng)求，路口控制系統(tǒng)接收到接近請(qǐng)求后，回復(fù)車(chē)載系統(tǒng)信息包，完成通信連接建立。電車(chē)通過(guò)路口后，電車(chē)的信標(biāo)天線(xiàn)掃過(guò)離去信標(biāo)，車(chē)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(chē)載系統(tǒng)斷開(kāi)連接[7]。

路口控制系統(tǒng)僅在電車(chē)位于對(duì)應(yīng)路口的接近信標(biāo)至離去信標(biāo)范圍內(nèi)與車(chē)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(jì)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(chē)及路口信息后，市政交通控制系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)先級(jí)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(guò)車(chē)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(chē)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(chē)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(hào)采用一組繼電器干接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。路口控制系統(tǒng)繼電器的驅(qū)動(dòng)電源及接口干接點(diǎn)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(dòng)電源及接口干接點(diǎn)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(hào)和定義如表1所示。

表1 接口信號(hào)定義Tab.1 Interface signal def initions

3 路口通過(guò)方案

每個(gè)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(chē)允許/禁止通過(guò)路口。根據(jù)有軌電車(chē)運(yùn)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(tái)關(guān)聯(lián)的平交路口

當(dāng)有軌電車(chē)運(yùn)行至與站臺(tái)關(guān)聯(lián)的平交路口附近，設(shè)備布置時(shí)復(fù)用站臺(tái)精確定位信標(biāo)作為路口接近信標(biāo)，電車(chē)經(jīng)過(guò)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(chē)后等待停站倒計(jì)時(shí)到規(guī)定時(shí)間時(shí)，電車(chē)的車(chē)載系統(tǒng)再發(fā)送接近請(qǐng)求與路口控制系統(tǒng)建立連接，防止有軌電車(chē)過(guò)多占用路權(quán)影響市政交通的運(yùn)行效率。同理，若離開(kāi)路口后近距離內(nèi)有站臺(tái)，則復(fù)用站臺(tái)精確定位信標(biāo)作為離去信標(biāo)，使電車(chē)進(jìn)入站臺(tái)后能及時(shí)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(chē)接近請(qǐng)求信息后，市政交通控制系統(tǒng)關(guān)閉市政交通信號(hào)，開(kāi)放有軌電車(chē)專(zhuān)用路口表示器。

與站臺(tái)關(guān)聯(lián)的平交路口如圖3所示。

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

3.2 無(wú)站臺(tái)關(guān)聯(lián)的平交路口

當(dāng)有軌電車(chē)運(yùn)行至無(wú)站臺(tái)關(guān)聯(lián)的平交路口附近時(shí)，經(jīng)過(guò)接近信標(biāo)，電車(chē)的車(chē)載系統(tǒng)發(fā)送接近請(qǐng)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(chē)接近請(qǐng)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(hào)，開(kāi)放有軌電車(chē)專(zhuān)用路口表示器。有軌電車(chē)駛離平交路口，經(jīng)過(guò)離去信標(biāo)后，有軌電車(chē)發(fā)送離去信息至路口控制系統(tǒng)與之?dāng)嚅_(kāi)連接，市政交通控制系統(tǒng)接收到離去信號(hào)，自動(dòng)恢復(fù)路口交通信號(hào)正常控制，開(kāi)放市政道路信號(hào)[9]。

無(wú)站臺(tái)關(guān)聯(lián)的平交路口如圖4所示。

圖4 無(wú)站臺(tái)關(guān)聯(lián)的平交路口Fig.4 Level crossing not associated with the platforms

3.3 車(chē)輛基地道路平交路口

車(chē)輛基地道路因只用于車(chē)輛基地內(nèi)部使用且使用率較低，故電車(chē)專(zhuān)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(huì)車(chē)輛需要使用車(chē)輛基地道路時(shí)，按壓設(shè)置在道路兩旁信號(hào)機(jī)（LX10101/LS10104）上的申請(qǐng)按鈕，路口控制系統(tǒng)接收到路權(quán)申請(qǐng)后，檢查路口空閑狀態(tài)后開(kāi)放路權(quán)。LX10101與LX10103、LS10102與LS10104設(shè)置為互斥信號(hào)，保證道路安全，并設(shè)置計(jì)軸JZ101、JZ102、JZ103、JZ104進(jìn)行安全防護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到計(jì)軸JZ101-JZ103之間有電車(chē)，LX10101將被強(qiáng)制置為紅燈禁止信號(hào)，不再接收路權(quán)申請(qǐng)。同理系統(tǒng)檢測(cè)到計(jì)軸JZ101-JZ103之間有電車(chē)，LS10102將被強(qiáng)制置為紅燈禁止信號(hào)。

車(chē)輛基地道路如圖5所示。

圖5 車(chē)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(guò)流程

當(dāng)路口控制系統(tǒng)設(shè)備正常且有軌電車(chē)線(xiàn)路空閑時(shí)，向市政交通控制系統(tǒng)發(fā)送的接近請(qǐng)求繼電器ASJ處于落下?tīng)顟B(tài)、故障繼電器TFJ處于吸起狀態(tài)，有軌電車(chē)專(zhuān)用路口表示器點(diǎn)紅燈禁止通行。

當(dāng)平交路口有車(chē)接近時(shí)，路口控制系統(tǒng)向市政交通控制系統(tǒng)發(fā)送的接近請(qǐng)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(shí)時(shí)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(chē)專(zhuān)用路口表示器點(diǎn)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(chē)專(zhuān)用路口表示器點(diǎn)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(guò)狀態(tài)，路口控制系統(tǒng)收到允許通過(guò)狀態(tài)后允許有軌電車(chē)通行。

有軌電車(chē)通過(guò)路口后，路口控制系統(tǒng)收到有軌電車(chē)的離去信號(hào)，向市政交通控制系統(tǒng)發(fā)送的接近請(qǐng)求繼電器ASJ處于落下?tīng)顟B(tài)。市政交通控制系統(tǒng)收到ASJ落下?tīng)顟B(tài)后，釋放路口優(yōu)先請(qǐng)求，將有軌電車(chē)專(zhuān)用路口表示器點(diǎn)為紅色禁止通行，市政交通控制系統(tǒng)開(kāi)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(shí)，將有軌電車(chē)專(zhuān)用路口表示器點(diǎn)為黃色閃爍。

通過(guò)流程如圖6所示。

圖6 有軌電車(chē)通過(guò)路口流程Fig.6 Process of trams passing through level crossings

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合麗江市有軌電車(chē)1號(hào)線(xiàn)的具體線(xiàn)路情況，對(duì)現(xiàn)代有軌電車(chē)平交路口信號(hào)系統(tǒng)控制方案進(jìn)行分析研究，解決了同一線(xiàn)路上有不同類(lèi)型路口時(shí)電車(chē)如何安全高效通過(guò)的問(wèn)題。結(jié)合具體平交路口的特點(diǎn)和實(shí)際情況，對(duì)電車(chē)通過(guò)路口方案進(jìn)行針對(duì)性定制化設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了有軌電車(chē)安全、快捷、高效等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)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(lèi)型的交通系統(tǒng)能有序地運(yùn)行，分流合理，最大限度地提高交通運(yùn)輸通行能力[10]。