創(chuàng)新者：蔡云峰

現(xiàn)代有軌電車(chē)信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

創(chuàng)新者：蔡云峰

現(xiàn)代有軌電車(chē)以其快速、環(huán)保、運(yùn)能大的特點(diǎn)已成為一種新興的公共交通方式?，F(xiàn)以正線(xiàn)道岔控制系統(tǒng)及路口信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)為重點(diǎn)，對(duì)有軌電車(chē)信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)各子系統(tǒng)的選型及目前存在的問(wèn)題進(jìn)行了探討。

隨著城市化的進(jìn)程，城市公共交通的壓力不斷增大，迫切需要在公共交通領(lǐng)域發(fā)展新型城市軌道交通系統(tǒng)。有軌電車(chē)以其運(yùn)能大、快速、環(huán)保的特性，越來(lái)越受到人們的青睞，在很多城市規(guī)劃中已經(jīng)成為了公共交通的重要組成部分。

有軌電車(chē)定位于中等運(yùn)量的城市快速公交系統(tǒng)，運(yùn)輸能力介于傳統(tǒng)公汽與地鐵輕軌之間。其運(yùn)行于鋼軌上，運(yùn)行方式與地鐵及輕軌相似，但是通常在部分路段與其他地面交通方式交叉，沒(méi)有完整的獨(dú)立路權(quán)，因此，有軌電車(chē)的信號(hào)控制系統(tǒng)有別于地鐵和輕軌。目前個(gè)別城市已有幾條現(xiàn)代有軌電車(chē)線(xiàn)路開(kāi)通運(yùn)行，其他還有大量城市正在建設(shè)，由于沒(méi)有成熟的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有軌電車(chē)的控制系統(tǒng)的構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)方法并沒(méi)有統(tǒng)一，已建成的各條線(xiàn)路的信號(hào)控制系統(tǒng)均不一致。

現(xiàn)代有軌電車(chē)基本概況

現(xiàn)代有軌電車(chē)屬于中等運(yùn)量的城市公共交通方式，每小時(shí)單相運(yùn)能約3000至15000人，介于傳統(tǒng)公汽與地鐵之間。主要作為快速連接城區(qū)與郊區(qū)的公交方式，作為傳統(tǒng)公汽與地鐵輕軌之外的有力補(bǔ)充?，F(xiàn)代有軌電車(chē)噪音低、乘坐舒適、造型美觀，與老式有軌電車(chē)存在明顯差異，在建成的城市中已成為一道靚麗的風(fēng)景。部分線(xiàn)路采用隔離方式，完全與道路的其他車(chē)輛隔離，形成獨(dú)立的線(xiàn)路運(yùn)行，在路口通常與其他社會(huì)車(chē)輛平交，運(yùn)行線(xiàn)路交叉混行。建設(shè)成本低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)通常在1億元/km左右，大大低于輕軌及地鐵的造價(jià)。

基本設(shè)計(jì)思路

目前沈陽(yáng)、上海、蘇州、南京均已建成通車(chē)有軌電車(chē)線(xiàn)路，但由于沒(méi)有正式的設(shè)計(jì)規(guī)范，實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中均只能借鑒鐵路、地鐵輕軌的相關(guān)規(guī)范，這就使得部分系統(tǒng)方案呈現(xiàn)地鐵輕軌化的傾向。有軌電車(chē)的地鐵與有軌電車(chē)的運(yùn)營(yíng)環(huán)境有巨大的差異，若類(lèi)比地鐵標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)將導(dǎo)致系統(tǒng)變得復(fù)雜龐大，投資相應(yīng)大幅增加。現(xiàn)代有軌電車(chē)應(yīng)該更傾向于公交化的運(yùn)營(yíng)，其建設(shè)應(yīng)在傳統(tǒng)公交基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。應(yīng)從有軌電車(chē)控制系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合目前信息化發(fā)展的要求，有軌電車(chē)控制系統(tǒng)應(yīng)以系統(tǒng)集成化，設(shè)備綜合化、小型化，維護(hù)簡(jiǎn)單化為設(shè)計(jì)理念。

信號(hào)控制系統(tǒng)探討

現(xiàn)代有軌電車(chē)信號(hào)控制系統(tǒng)通常由正線(xiàn)道岔控制系統(tǒng)、路口優(yōu)先控制、車(chē)輛段信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)構(gòu)成。其中車(chē)輛段信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)成熟，所有線(xiàn)路的車(chē)輛段均采用與傳統(tǒng)鐵路一致的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖信號(hào)系統(tǒng)，但正線(xiàn)道岔控制系統(tǒng)及路口優(yōu)先控制系統(tǒng)沒(méi)有相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，已建成的各條線(xiàn)路均不一致，而以上兩個(gè)系統(tǒng)又是直接決定了整條線(xiàn)路的運(yùn)行能力和技術(shù)水平，因此需要詳細(xì)研究。

正線(xiàn)道岔控制系統(tǒng)

正線(xiàn)道岔控制系統(tǒng)控制全線(xiàn)所有正線(xiàn)區(qū)段的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道區(qū)段及相關(guān)信號(hào)機(jī)。正線(xiàn)道岔控制系統(tǒng)在中心控制、車(chē)載控制模式下，安全性由本地控制機(jī)中的聯(lián)鎖關(guān)系保證；在本地控制模式下，安全性由區(qū)段占用檢查設(shè)備保證。在各種操作模式下，最大程度的保證了列車(chē)的安全性。以下分別對(duì)該系統(tǒng)的主要設(shè)備進(jìn)行探討。

聯(lián)鎖控制機(jī)

由于正線(xiàn)本系統(tǒng)的重要性，同時(shí)為了最大程度保證使用的可靠性，聯(lián)鎖機(jī)需采用 “二取二”安全硬件結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了滿(mǎn)足系統(tǒng)集成化、小型化維護(hù)簡(jiǎn)單的要求，應(yīng)盡量選擇采用全電子聯(lián)鎖技術(shù)，該制式聯(lián)鎖制式設(shè)備具有體積小，安裝方便、維護(hù)少的特點(diǎn)，能夠很好地適應(yīng)有軌電車(chē)控制系統(tǒng)的使用要求，目前該制式已有相當(dāng)成熟的設(shè)備。

區(qū)段占用檢查設(shè)備

有軌電車(chē)區(qū)段檢查設(shè)備與地鐵輕軌以及傳統(tǒng)鐵路區(qū)別最大，傳統(tǒng)鐵路及地鐵輕軌大部分都采用25HZ、50HZ交流軌道電路，也有部分采用計(jì)軸設(shè)備，但是有軌電車(chē)采用以上的檢查設(shè)備均不理想。有軌電車(chē)的軌道安裝位置與路面平齊，下雨時(shí)容易形成短路，使軌道電路無(wú)法正常工作。另外，有軌電車(chē)的軌道是U型軌，計(jì)軸設(shè)備安裝普遍存在問(wèn)題，計(jì)軸設(shè)備正常安裝時(shí)需要部分鋸軌，這一定程度影響了鋼軌的強(qiáng)度，在很多城市是不允許的。不鋸軌的話(huà)就必須將軸頭設(shè)于鋼軌外側(cè)，而這又使設(shè)備可靠性和靈敏度大大降低。因此，在蘇州有軌電車(chē)一號(hào)線(xiàn)上采用了新型的軌道電路，該型軌道電路利用交流諧振的技術(shù)，利用檢測(cè)軌道區(qū)段電氣特性的相對(duì)變化，來(lái)反映是否有車(chē)占用。即使在有雨水影響的情況下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，滿(mǎn)足下雨時(shí)、甚至被雨水浸泡時(shí)軌道電路的正常工作。該軌道電路穩(wěn)定可靠、技術(shù)條件先進(jìn)，目前在建的珠海、淮安等城市的有軌電車(chē)控制系統(tǒng)也已應(yīng)用。

列車(chē)定位

獲取列車(chē)位置信息，將信息通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸至控制中心，可以在控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)調(diào)度具有指導(dǎo)意義。目前普遍采用GPS/北斗衛(wèi)星定位、車(chē)地通信環(huán)線(xiàn)和計(jì)軸點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)對(duì)列車(chē)進(jìn)行綜合定位，當(dāng)GPS/北斗衛(wèi)星定位或車(chē)地通信環(huán)線(xiàn)計(jì)軸任意一種方式故障后，控制中心仍然可以實(shí)現(xiàn)列車(chē)定位。

轉(zhuǎn)轍機(jī)控制

正線(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)具有控制中心、車(chē)載控制、現(xiàn)地控制、機(jī)械操作四種獨(dú)立的控制模式。正常運(yùn)營(yíng)時(shí)控制中心根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行的徑路，自動(dòng)對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行控制，當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備故障的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為車(chē)載遙控控制模式，當(dāng)車(chē)輛接近道岔時(shí)，車(chē)載計(jì)算機(jī)發(fā)送道岔控制信息，道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。若道岔未正常轉(zhuǎn)動(dòng)，電車(chē)司機(jī)需在道岔前停車(chē)，按下安裝在轉(zhuǎn)轍機(jī)附近的轉(zhuǎn)轍機(jī)控制按鈕進(jìn)行操作，若該方式仍無(wú)法對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行操作，就需要使用操作桿對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)直接進(jìn)行機(jī)械扳動(dòng)。因此，有軌電車(chē)的控制系統(tǒng)需考慮在控制中心故障、車(chē)載故障、本地控制機(jī)故障、斷電等各種情況下道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制方式，保證系統(tǒng)最大的可用性。

路口信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)

現(xiàn)代有軌電車(chē)與地面其他交通方式在路口共享路權(quán)，有軌電車(chē)定要求運(yùn)行快速，但是作為公共交通的一種，不能不顧其他路口及車(chē)輛的通行需求，是否允許其通過(guò)路口應(yīng)統(tǒng)籌路口的交通狀況綜合考慮，由此提出了路口信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)主要由集中控制和分散控制兩種模式。集中控制的方式通過(guò)本系統(tǒng)的路邊設(shè)備采集車(chē)輛位置信息，車(chē)輛接近時(shí)，由路邊設(shè)備發(fā)送接近信息至路口交通控制機(jī)，由路口交通信號(hào)控制機(jī)綜合計(jì)算是否給予優(yōu)先通行。分散控制的模式是將路口的優(yōu)先控制功能納入路口交通控制機(jī)統(tǒng)一控制，車(chē)輛接近路口的信息由路口控制機(jī)的感應(yīng)線(xiàn)圈采集（除車(chē)站接近路口的情況），將有軌電車(chē)信號(hào)燈作為與路口其他方向相同的信號(hào)燈來(lái)處理，所不同的是，有軌電車(chē)在條件允許的情況下需給予優(yōu)先通過(guò)，以滿(mǎn)足其快速公交的屬性。

路口優(yōu)先的策略的制定，是一個(gè)需要結(jié)合具體路口的交通狀況，以路口的實(shí)際情況作為基礎(chǔ)，需要統(tǒng)籌考慮，這也是路口優(yōu)先控制系統(tǒng)最重要的設(shè)計(jì)要素。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代有軌電車(chē)作為一種新興的公共交通，以其快速、環(huán)保、運(yùn)能大的特點(diǎn)受到越來(lái)越多的城市的歡迎。有軌電車(chē)的信號(hào)控制系統(tǒng)是有軌電車(chē)快速安全運(yùn)行的保證，由于沒(méi)有相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，如何在滿(mǎn)足安全的前提下，盡量做到集成化、小型化、簡(jiǎn)單化，降低建設(shè)及維護(hù)成本，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須仔細(xì)研究的課題。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.029