有軌電車車載進(jìn)路控制方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘" 要：為了提高有軌電車運(yùn)行效率，減少司機(jī)操作復(fù)雜度，分析我國(guó)列控系統(tǒng)進(jìn)路控制存在的問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)代有軌電車的進(jìn)路控制功能需求，提出適用于有軌電車的車載自動(dòng)進(jìn)路控制方案及人工進(jìn)路控制方案?；谒岢龅姆桨笇?duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中涉及到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括車載數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)路信息、車載自動(dòng)進(jìn)路觸發(fā)距離，最后結(jié)合場(chǎng)景實(shí)例對(duì)車載系統(tǒng)的進(jìn)路控制流程進(jìn)行介紹，為后續(xù)車載進(jìn)路控制技術(shù)的發(fā)展提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：列控系統(tǒng)；現(xiàn)代有軌電車；進(jìn)路控制；車載數(shù)據(jù)庫(kù)；自動(dòng)進(jìn)路觸發(fā)距離

中圖分類號(hào)：U492" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）08-0129-04

Abstract： In order to improve the operating efficiency of trams and reduce the complexity of drivers' operations， this paper analyzes the problems existing in the route control of China's train control system， and combines the route control function requirements of modern trams， a vehicle-mounted automatic route suitable for trams is proposed. Control plan and manual route control plan. Based on the proposed scheme， the key data involved in the implementation process are designed， mainly including the route information in the on-board database and the trigger distance of the on-board automatic route. Finally， the route control process of the on-board system is introduced based on scenario examples， which will provide a certain reference for the subsequent development of on-board route control technology.

Keywords： train control system; modern tram; route control; on-board database; automatic route trigger distance

由于有軌電車造價(jià)低、施工時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)許多城市將有軌電車作為城市軌道交通建設(shè)的首選。目前國(guó)內(nèi)有軌電車主要由司機(jī)人工駕駛，列控系統(tǒng)提供安全防護(hù)[1]。有軌電車與地面道路交通混合運(yùn)行，運(yùn)行環(huán)境更為復(fù)雜，需要司機(jī)根據(jù)電車所處位置進(jìn)行相應(yīng)進(jìn)路的辦理，因此需要車載系統(tǒng)能夠具有更強(qiáng)的自主處理能力，為司機(jī)提供更多的列車運(yùn)行信息[2-4]。目前我國(guó)列控系統(tǒng)主要由地面設(shè)備進(jìn)行進(jìn)路辦理，并根據(jù)當(dāng)前進(jìn)路辦理情況將列車移動(dòng)授權(quán)發(fā)送給車載設(shè)備，車載設(shè)備被動(dòng)接收行車許可，司機(jī)根據(jù)列車安全防護(hù)曲線操作列車運(yùn)行[5-6]。

研究能夠支持車載自動(dòng)進(jìn)路辦理及司機(jī)人工進(jìn)路辦理的車載系統(tǒng)有利于提高有軌電車的運(yùn)行速率，降低司機(jī)駕駛操作的復(fù)雜度。

1" 車載進(jìn)路控制功能需求

T/CAMET 07004—2018《現(xiàn)代有軌電車信號(hào)系統(tǒng)通用技術(shù)條件》中定義了有軌電車信號(hào)系統(tǒng)車載進(jìn)路控制宜具備下列控制模式[7-8]。

車載自動(dòng)控制模式：當(dāng)有軌電車接近道岔區(qū)時(shí)，車載系統(tǒng)（Carborne Controller，CC）根據(jù)有軌電車位置和運(yùn)行計(jì)劃，把有軌電車進(jìn)路信息發(fā)送給正線道岔控制系統(tǒng)（Tram Switch Controller，TSC）后，由其在滿足聯(lián)鎖條件時(shí)轉(zhuǎn)換道岔、排列進(jìn)路并開(kāi)放信號(hào)。

車載人工控制模式：有軌電車接近道岔區(qū)時(shí)，由人工操作車載顯示終端進(jìn)行進(jìn)路控制請(qǐng)求，TSC根據(jù)請(qǐng)求的進(jìn)路指令在滿足行車聯(lián)鎖條件時(shí)轉(zhuǎn)換道岔、排列進(jìn)路并開(kāi)放信號(hào)。

2" 車載進(jìn)路控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1" 整體方案設(shè)計(jì)

CC提供人機(jī)接口供司機(jī)設(shè)置進(jìn)路申請(qǐng)模式，當(dāng)司機(jī)設(shè)置進(jìn)路申請(qǐng)模式為車載自動(dòng)進(jìn)路模式時(shí)，CC自動(dòng)向TSC申請(qǐng)進(jìn)路；當(dāng)司機(jī)設(shè)置進(jìn)路申請(qǐng)模式為車載人工進(jìn)路模式時(shí)，CC不會(huì)自動(dòng)向TSC申請(qǐng)進(jìn)路。

2.1.1" 車載自動(dòng)進(jìn)路

CC通過(guò)中心調(diào)度下發(fā)行程信息或司機(jī)選擇行程信息。列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）與CC通信狀態(tài)良好時(shí)，電車早間測(cè)試結(jié)束后，中心調(diào)度員根據(jù)當(dāng)天運(yùn)營(yíng)計(jì)劃選擇相應(yīng)行程下發(fā)給CC；當(dāng)ATS與CC通信狀態(tài)斷開(kāi)時(shí)，由司機(jī)駕駛電車定位后到達(dá)正線指定的可投入運(yùn)營(yíng)的站臺(tái)停車，根據(jù)當(dāng)天運(yùn)營(yíng)計(jì)劃及車載人機(jī)界面提示選擇相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)行程。

司機(jī)設(shè)置進(jìn)路申請(qǐng)模式為車載自動(dòng)進(jìn)路模式，CC從車載軌道數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取該行程信息，當(dāng)電車到達(dá)指定進(jìn)路觸發(fā)區(qū)域時(shí)自動(dòng)將進(jìn)路申請(qǐng)發(fā)送給TSC，TSC接收到來(lái)自CC列車進(jìn)路申請(qǐng)指令時(shí)，檢查信號(hào)機(jī)、區(qū)段、道岔和敵對(duì)條件等相關(guān)條件滿足要求后，建立并鎖閉對(duì)應(yīng)的列車進(jìn)路，開(kāi)放進(jìn)路信號(hào)，將進(jìn)路開(kāi)放信息反饋給CC，CC根據(jù)接收到的進(jìn)路開(kāi)放信息進(jìn)行安全速度曲線計(jì)算。

CC規(guī)定時(shí)間內(nèi)持續(xù)向TSC申請(qǐng)進(jìn)路，直至接收到TSC的進(jìn)路開(kāi)放信息；超出規(guī)定時(shí)間仍未接收到TSC的進(jìn)路反饋信息（包括進(jìn)路開(kāi)放、進(jìn)路未開(kāi)放），CC導(dǎo)向安全側(cè)（按照前方信號(hào)未開(kāi)放處理），斷開(kāi)與TSC的通信。若自動(dòng)申請(qǐng)進(jìn)路成功后，電車未越過(guò)信號(hào)機(jī)時(shí)，信號(hào)機(jī)關(guān)閉，CC應(yīng)自動(dòng)重新申請(qǐng)進(jìn)路，直至接收到TSC的反饋信息。

車載自動(dòng)進(jìn)路控制流程如圖1所示。

2.1.2" 車載人工進(jìn)路

車載人工進(jìn)路由司機(jī)按照車載人機(jī)界面（Train Operator Display，TOD）的提示操作選擇道岔前進(jìn)方向，為保證電車運(yùn)行安全，司機(jī)進(jìn)行人工進(jìn)路選擇時(shí)電車應(yīng)處于停車狀態(tài)。

司機(jī)設(shè)置進(jìn)路申請(qǐng)模式為車載人工進(jìn)路模式，當(dāng)電車在信號(hào)機(jī)前方停車，CC通過(guò)TOD提示司機(jī)進(jìn)行道岔方向選擇，司機(jī)選擇道岔方向后CC從車載軌道數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢到相應(yīng)的進(jìn)路ID，自動(dòng)將進(jìn)路申請(qǐng)發(fā)送給TSC，TSC接收到來(lái)自CC列車進(jìn)路申請(qǐng)指令時(shí)，檢查信號(hào)機(jī)、區(qū)段、道岔、敵對(duì)條件等相關(guān)條件滿足要求后，建立并鎖閉對(duì)應(yīng)的列車進(jìn)路，開(kāi)放進(jìn)路信號(hào)，將進(jìn)路開(kāi)放信息反饋給CC，CC根據(jù)接收到的進(jìn)路開(kāi)放信息進(jìn)行安全速度曲線計(jì)算。

CC規(guī)定時(shí)間內(nèi)持續(xù)向TSC申請(qǐng)進(jìn)路，直至接收到TSC的進(jìn)路開(kāi)放信息；超出規(guī)定時(shí)間仍未接收到TSC的進(jìn)路反饋信息，CC導(dǎo)向安全側(cè)（按照前方信號(hào)未開(kāi)放處理），斷開(kāi)與TSC的通信。若自動(dòng)申請(qǐng)進(jìn)路成功后，電車未越過(guò)信號(hào)機(jī)時(shí)，信號(hào)機(jī)關(guān)閉，CC應(yīng)自動(dòng)重新申請(qǐng)進(jìn)路，直至接收到TSC的反饋信息。

若司機(jī)道岔選擇方向錯(cuò)誤，CC無(wú)法查詢到相應(yīng)的進(jìn)路信息，CC提示司機(jī)重新進(jìn)行道岔方向的選擇。

車載人工進(jìn)路控制流程如圖2所示。

2.2" 車載數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.2.1" 行程信息

為方便司機(jī)選擇行程信息，車載人機(jī)界面對(duì)可選擇的行程信息進(jìn)行提示。為保證司機(jī)選擇行程信息時(shí)電車的運(yùn)行安全，僅支持電車在站臺(tái)區(qū)段為司機(jī)提示行程信息，同時(shí)為了滿足車載PIS報(bào)站功能，車載數(shù)據(jù)庫(kù)中行程信息設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮行程的起始區(qū)段、結(jié)束區(qū)段及站停區(qū)段。

最終設(shè)計(jì)的行程信息數(shù)據(jù)包括行程類型、行程編號(hào)、電車運(yùn)行此行程所需的起始區(qū)段列表、結(jié)束區(qū)段列表、站停區(qū)段列表及進(jìn)路列表等信息。

行程信息具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

2.2.2" 人工進(jìn)路信息

人工進(jìn)路信息應(yīng)將信號(hào)機(jī)與其所防護(hù)的進(jìn)路信息建立聯(lián)系，根據(jù)司機(jī)人工選擇的道岔方向可以確定一條唯一的進(jìn)路。

人工進(jìn)路信息包括信號(hào)機(jī)編號(hào)及其防護(hù)的所有進(jìn)路信息。人工進(jìn)路數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

2.3" 車載自動(dòng)進(jìn)路觸發(fā)距離設(shè)計(jì)

參考地鐵ATS進(jìn)路觸發(fā)距離的計(jì)算原理，對(duì)車載自動(dòng)進(jìn)路觸發(fā)距離進(jìn)行設(shè)計(jì)[9-10]。車載自動(dòng)進(jìn)路觸發(fā)距離應(yīng)保證最差條件下，CC發(fā)送進(jìn)路申請(qǐng)到接收到TSC的進(jìn)路辦理失敗反饋觸發(fā)制動(dòng)期間列車不會(huì)越過(guò)防護(hù)信號(hào)機(jī)。

CC自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路的觸發(fā)區(qū)段的最小長(zhǎng)度為

式中：vpsr為當(dāng)前線路最高限速；TCC_cycle為CC信息處理周期，即CC判斷滿足自動(dòng)觸發(fā)條件的時(shí)間或CC判斷進(jìn)路辦理失??；TCC2TSC為CC將進(jìn)路申請(qǐng)命令發(fā)送給TSC的傳輸延時(shí)；Trouteset為TSC收到進(jìn)路申請(qǐng)命令到進(jìn)路建立，再到防護(hù)信號(hào)開(kāi)放的時(shí)間；TTSC2CC為TSC將進(jìn)路反饋信息發(fā)送給CC的傳輸延時(shí)；SEB為CC輸出緊急制動(dòng)后制動(dòng)距離（考慮安全余量）。

3" 車載系統(tǒng)進(jìn)路控制實(shí)現(xiàn)

以圖3為例，假設(shè)虛線部分表示信號(hào)機(jī)S1所防護(hù)進(jìn)路的觸發(fā)區(qū)域，行程1為正常運(yùn)營(yíng)環(huán)路，可在站臺(tái)P1或P2投入運(yùn)營(yíng)或退出運(yùn)營(yíng)；行程4為非運(yùn)營(yíng)收車行程，在站臺(tái)P1投入運(yùn)營(yíng)，站臺(tái)P2退出運(yùn)營(yíng)后回庫(kù)。

車載數(shù)據(jù)庫(kù)行程信息數(shù)據(jù)及人工進(jìn)路信息數(shù)據(jù)配置見(jiàn)表3、表4。

列車位于圖中所示位置時(shí)，CC車載進(jìn)路控制處理流程如下。

3.1" 車載自動(dòng)進(jìn)路

1）CC檢測(cè)到當(dāng)前進(jìn)路申請(qǐng)模式為車載自動(dòng)進(jìn)路模式。

2）CC接收到ATS/司機(jī)設(shè)置的運(yùn)營(yíng)行程為4，加載車載數(shù)據(jù)庫(kù)中行程4的所有數(shù)據(jù)。

3）CC基于自身車頭沿運(yùn)行方向向前搜索到防護(hù)信號(hào)機(jī)S1。

4）CC判定當(dāng)前電車處于信號(hào)機(jī)S1防護(hù)進(jìn)路的進(jìn)路觸發(fā)區(qū)域，CC從行程4的進(jìn)路列表中查詢與信號(hào)機(jī)S1匹配的進(jìn)路編號(hào)12。

5）CC將進(jìn)路12的進(jìn)路辦理申請(qǐng)發(fā)送給TSC。

6）接收到TSC的進(jìn)路12開(kāi)放信息后，更新前方目標(biāo)點(diǎn)信息及安全速度曲線；若規(guī)定時(shí)間未接收到TSC信息或接收到進(jìn)路12未開(kāi)放，計(jì)算安全速度曲線時(shí)仍保持前方目標(biāo)點(diǎn)為信號(hào)機(jī)S1。

3.2" 車載人工進(jìn)路

1）CC檢測(cè)到當(dāng)前進(jìn)路申請(qǐng)模式為車載人工進(jìn)路模式。

2）CC基于自身車頭沿運(yùn)行方向向前搜索到防護(hù)信號(hào)機(jī)S1。

3）CC檢測(cè)到當(dāng)前電車已停穩(wěn)且當(dāng)前處于信號(hào)機(jī)S1防護(hù)進(jìn)路的進(jìn)路觸發(fā)區(qū)域。

4）CC通過(guò)TOD提示司機(jī)選擇道岔方向。

5）CC接收到司機(jī)道岔方向選擇為“左”。

6）CC根據(jù)信號(hào)機(jī)S1查詢車載數(shù)據(jù)庫(kù)中與道岔方向“左”相匹配的進(jìn)路編號(hào)11。

7）CC將進(jìn)路11的進(jìn)路辦理申請(qǐng)發(fā)送給TSC。

8）接收到TSC的進(jìn)路11辦理成功反饋后，更新前方目標(biāo)點(diǎn)信息及安全速度曲線；若規(guī)定時(shí)間未接收到TSC信息或接收到進(jìn)路11未開(kāi)放，計(jì)算安全速度曲線時(shí)仍保持前方目標(biāo)點(diǎn)為信號(hào)機(jī)S1。

4" 結(jié)束語(yǔ)

本文總結(jié)分析了有軌電車車載進(jìn)路控制功能需求，提出了能夠滿足需求的車載進(jìn)路控制方案，基于所述方案設(shè)計(jì)了車載數(shù)據(jù)庫(kù)及車載系統(tǒng)處理機(jī)制。目前此方案已成功應(yīng)用于湖北黃石有軌電車項(xiàng)目一期工程，可以為后續(xù)有軌電車車載進(jìn)路控制技術(shù)研究提供借鑒。隨著新型列控技術(shù)、智能檢測(cè)技術(shù)等的發(fā)展，未來(lái)城市軌道交通可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)車載自主進(jìn)路控制。

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