黃育斌，譚萬忠，鐘 杰

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司深圳研究設(shè)計(jì)院，廣東深圳 518000）

0 引言

日前，國家對申報地鐵城市的人口、GDP 和財(cái)政狀況等“門檻”做出調(diào)整，地鐵建設(shè)規(guī)劃審批更加嚴(yán)格，同時鼓勵發(fā)展輕軌、有軌電車等高架或地面敷設(shè)的城市軌道交通。有軌電車的運(yùn)能介于地鐵和公交車二者之間，是一種中低運(yùn)量的交通工具。相比于地鐵，現(xiàn)代有軌電車建設(shè)成本較低，每公里建設(shè)成本不到地鐵的 1/4，且具有安全舒適、建設(shè)周期短、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，是城市中一種有效的交通補(bǔ)充形式，將會是未來城市軌道交通的一個重點(diǎn)發(fā)展方向[1-2]。

1 問題的提出

綜合運(yùn)營效率和建設(shè)成本等因素，現(xiàn)代有軌電車通過調(diào)整優(yōu)化原有機(jī)動車道、綠化帶和人行道布設(shè)于路中，可在軌行區(qū)路段享有專用路權(quán)，在平交路口與社會機(jī)動車輛及行人共享路權(quán)[3-4]。如果在經(jīng)過市政平交路口時無法保障“電車優(yōu)先”，現(xiàn)代有軌電車的速度、可達(dá)性和安全性均會受到影響，則無法發(fā)揮對其他交通工具的優(yōu)勢。因此，現(xiàn)代有軌電車需采用與地鐵不同的行車調(diào)度模式，適應(yīng)軌行區(qū)和過平交路口時的不同工況。以某市現(xiàn)代有軌電車為例，探討現(xiàn)代有軌電車行車調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)施過程。

2 設(shè)計(jì)方案

有軌電車的行車調(diào)度設(shè)計(jì)總體方案根據(jù)鐵路信號系統(tǒng)中的“故障-安全”原則和過市政平交路口時的“電車優(yōu)先”原則組織搭建，主要包括路口控制子系統(tǒng)、正線道岔控制子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)和車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)等。各個子系統(tǒng)互通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)不同工況下的協(xié)調(diào)，達(dá)到既定行車目標(biāo)（圖 1）。

軌行區(qū)路段行車時，有軌電車在車載子系統(tǒng)的輔助下，按規(guī)定的安全間隔和運(yùn)營間隔要求實(shí)現(xiàn)人工駕駛運(yùn)行。通過道岔區(qū)時，行車調(diào)度系統(tǒng)對比既定運(yùn)行計(jì)劃計(jì)算得出有軌電車的進(jìn)路信息，并通過正線道岔控制子系統(tǒng)提前辦理有軌電車前方進(jìn)路，使有軌電車快速通過道岔區(qū)[5]。當(dāng)有軌電車接近平交路口時，有軌電車車載子系統(tǒng)通過車地間通信系統(tǒng)自動發(fā)送路口優(yōu)先請求（或人工請求），車地間通信系統(tǒng)，包括計(jì)軸和信標(biāo)等軌旁設(shè)備，可自動監(jiān)測有軌電車靠近，路口控制子系統(tǒng)根據(jù)路口當(dāng)前路況對有軌電車路口通過策略進(jìn)行實(shí)時優(yōu)化，司機(jī)根據(jù)路口信號機(jī)指示安全駛過平交路口，實(shí)現(xiàn)有軌電車有條件優(yōu)先通過。車輛段聯(lián)鎖系統(tǒng)則主要是對有軌電車出入車輛段和車輛段內(nèi)調(diào)車作業(yè)進(jìn)行集中控制。

圖1 行車調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

2.1 正線道岔控制子系統(tǒng)

道岔控制子系統(tǒng)將正線幾個主要道岔區(qū)段分由多個聯(lián)鎖處理子系統(tǒng)控制，主要包括終端信號設(shè)備和核心聯(lián)鎖處理單元。

軌旁的終端信號設(shè)備主要有信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、計(jì)軸、信標(biāo)等，設(shè)置于正線軌旁，包括軌行綠化區(qū)內(nèi)和路口混行水泥路面。其選用型號和安裝方式均區(qū)別于傳統(tǒng)地鐵，需適應(yīng)有軌電車實(shí)際應(yīng)用工況。信標(biāo)和轉(zhuǎn)轍機(jī)等設(shè)備安裝于軌面下，位置較低，需考慮設(shè)備排水問題。因此，信標(biāo)接線盒子和轉(zhuǎn)轍機(jī)地箱均需設(shè)排水孔，同時在道床設(shè)計(jì)階段應(yīng)預(yù)留排水槽。轉(zhuǎn)轍機(jī)選用專用埋入式，機(jī)械、液壓和電氣控制模塊全部置于專用高強(qiáng)度不銹鋼材質(zhì)地箱內(nèi)，保證安裝于路口水泥路面混行區(qū)域時可承載社會車輛的碾壓。計(jì)軸設(shè)備在不影響檢測精度的前提下選用不切軌安裝方式，保證了鋼軌強(qiáng)度。

核心聯(lián)鎖處理單元設(shè)置于軌旁的道岔控制箱內(nèi)，負(fù)責(zé)全線的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算、處理和執(zhí)行。終端信號設(shè)備通過直連或者繼電器接口與核心聯(lián)鎖處理單元相連接。核心聯(lián)鎖處理單元接收信號設(shè)備（計(jì)軸、信標(biāo)等）發(fā)送的信號設(shè)備狀態(tài)信息后，對其進(jìn)行內(nèi)部邏輯判斷和聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，根據(jù)規(guī)定的聯(lián)鎖條件和規(guī)定的時序，形成列車進(jìn)路控制命令并返回控制相應(yīng)信號設(shè)備（信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)等）實(shí)行控制動作。

2.2 路口控制子系統(tǒng)

路口控制子系統(tǒng)使用專用路口模塊對有軌電車與社會交通車輛進(jìn)行同步檢測。有軌電車側(cè)通過沿線設(shè)置的“預(yù)告”、“接近”、“進(jìn)入”和“離開”等不同檢測點(diǎn)檢測有軌電車的運(yùn)行狀態(tài)；市政交通側(cè)通過視頻交通檢測器等設(shè)備監(jiān)測路口紅燈排隊(duì)及綠燈放行情況。有軌電車路口專用信號和市政道路交通信號分離獨(dú)立運(yùn)行，同時進(jìn)行交互協(xié)同控制。在道路交通近飽和或過飽和時，系統(tǒng)不盲目追求有軌電車的絕對優(yōu)先權(quán)，而是通過均衡各相位時間，保障道路交通主流向的通行效率，最終實(shí)現(xiàn)有軌電車有條件信號優(yōu)先和兼顧社會車輛暢通[6]。

有軌電車首先駛過“預(yù)告”檢測點(diǎn)時，系統(tǒng)根據(jù)過路口預(yù)告請求信號和車輛排隊(duì)及通行狀態(tài)綜合判斷相應(yīng)的優(yōu)先響應(yīng)等級，對相位時間做預(yù)調(diào)整和預(yù)分配。在駛過“接近”檢測點(diǎn)時，系統(tǒng)再次對調(diào)整后的相位時間進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)最終的有軌電車通行信息指令控制，采用“綠燈延長”（圖 2）、“紅燈縮短”、“插入相位”等基本響應(yīng)策略，對路口各相位持續(xù)時間進(jìn)行調(diào)整，確保有軌電車實(shí)現(xiàn)不停車通過或最短時間等待[7-8]。

圖2 “綠燈延長”策略

當(dāng)相鄰路口間距離較短時，可將上游路口的“進(jìn)入”點(diǎn)復(fù)用為下游路口的“預(yù)告”點(diǎn)，在有軌電車進(jìn)入上游路口時即對下游路口的相位時間進(jìn)行預(yù)調(diào)整。當(dāng)路口上游設(shè)有電車?？空?，且停靠站與路口間距小于“預(yù)告”點(diǎn)布置距離時，可將有軌電車出站請求檢測點(diǎn)復(fù)用為下游路口的“接近”點(diǎn)。檢測點(diǎn)的復(fù)用，既節(jié)省了信號設(shè)備的成本，又簡化了控制系統(tǒng)。

每一處路口軌行區(qū)內(nèi)都設(shè)有與道岔區(qū)信號機(jī)相區(qū)別的路口專用市政道路交通信號機(jī)。系統(tǒng)響應(yīng)路口優(yōu)先請求命令，并將優(yōu)先請求結(jié)果顯示在市政道路交通信號機(jī)上。有軌電車司機(jī)在確定路口無路人或社會車輛誤闖之后，決定有軌電車是否通過前方路口。在有軌電車初期投入運(yùn)營階段，運(yùn)營單位需根據(jù)實(shí)際情況，增派人員在主要路口進(jìn)行輔助性指導(dǎo)，規(guī)范社會車輛和路人在有軌電車區(qū)域的行動。

2.3 車載子系統(tǒng)

車載子系統(tǒng)主要提供有軌電車測速定位等功能。車載子系統(tǒng)通過接收 GPS 系統(tǒng)衛(wèi)星信息或北斗系統(tǒng)信息，實(shí)現(xiàn)有軌電車的定位和測速；同時通過速度傳感器信息和軌旁信標(biāo)進(jìn)行重定位以保證定位精度。車載子系統(tǒng)綜合利用這 3 種方式對有軌電車進(jìn)行測速定位，將有軌電車定位速度狀態(tài)信息與調(diào)度中心發(fā)送的有軌電車運(yùn)行計(jì)劃信息對比計(jì)算后，通過車地間通信系統(tǒng)將有軌電車進(jìn)路命令發(fā)送至軌旁道岔控制子系統(tǒng)，提前辦理有軌電車前方進(jìn)路。

正常工況下，車載子系統(tǒng)主動發(fā)送有軌電車進(jìn)路命令，實(shí)現(xiàn)自動辦理進(jìn)路。在自動進(jìn)路失效的情況下，司機(jī)通過車載子系統(tǒng)提示手動辦理進(jìn)路。

2.4 車輛段聯(lián)鎖子系統(tǒng)

車輛段聯(lián)鎖子系統(tǒng)主要包括 1 套熱冗余的“2 乘 2取 2”聯(lián)鎖系統(tǒng)和計(jì)軸、轉(zhuǎn)轍機(jī)和信號機(jī)等終端聯(lián)鎖設(shè)備。車輛段聯(lián)鎖子系統(tǒng)通過繼電接口電路對各終端聯(lián)鎖設(shè)備執(zhí)行聯(lián)鎖控制，采集設(shè)備狀態(tài)及故障信息，對有軌電車進(jìn)出車輛段以及段內(nèi)調(diào)車作業(yè)進(jìn)行集中控制。

由于出入場線不具備停放多列車的條件，有軌電車正線與車輛段之間進(jìn)行轉(zhuǎn)線作業(yè)時，車輛段聯(lián)鎖子系統(tǒng)需與正線道岔控制子系統(tǒng)建立聯(lián)系接口電路。具體為：有軌電車入場需檢查入場信號機(jī)的開放；有軌電車出場不需要檢查正線出場信號機(jī)的開放，期間由司機(jī)目視行車，人工保證安全。

2.5 特殊工況聯(lián)鎖接口方案

除正常工況外，當(dāng)遇到某些特殊工況時，采取專用行車策略，確保行車安全并兼顧通行效率。當(dāng)平交路口上游或者下游存在道岔聯(lián)鎖區(qū)時，道岔控制子系統(tǒng)在進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算時需考慮路口控制子系統(tǒng)狀態(tài)信息，系統(tǒng)需同時采集路口車流狀態(tài)和相關(guān)聯(lián)鎖區(qū)進(jìn)路信號，以控制行車。

路口下游存在道岔聯(lián)鎖區(qū)時，只有確認(rèn)下游進(jìn)路信號開放，才能允許有軌電車通過路口，否則會造成有軌電車停在路口區(qū)域，造成社會道路阻塞，嚴(yán)重影響行車安全（圖 3）。

圖3 道路阻塞

路口上游存在道岔聯(lián)鎖區(qū)時，只有確認(rèn)路口允許電車優(yōu)先通過時，才能允許有軌電車進(jìn)入道岔聯(lián)鎖區(qū)并馬上通過平交路口，否則會造成列車占用檢測設(shè)備，導(dǎo)致其他進(jìn)路無法辦理，影響運(yùn)營效率（圖 4）。

圖4 道岔區(qū)間占用

3 結(jié)語

現(xiàn)代有軌電車的建設(shè)有其自身特殊性，行車調(diào)度策略更是區(qū)別于傳統(tǒng)地鐵。為解決這些問題，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和工程建設(shè)等相關(guān)單位在設(shè)計(jì)、施工、安裝和調(diào)試階段需綜合考慮“故障-安全”原則和有軌電車過平交路口的特殊性等因素，設(shè)置路口控制子系統(tǒng)、正線道岔控制子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)和車輛段聯(lián)鎖子系統(tǒng)等，并針對特殊工況采取專用行車策略，順利完成行車調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工，達(dá)到既定行車組織目標(biāo)。該行車調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證，并可為將來同類系統(tǒng)提供經(jīng)驗(yàn)參考。

[1]施路，崔異. 現(xiàn)代有軌電車在國內(nèi)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)啟示[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2014（4）：69-74，78.

[2]錢廣民，溫兆鵬. 現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)發(fā)展展望與思考[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2016（5）：74-77.

[3]丁強(qiáng). 現(xiàn)代有軌電車交通概述[J]. 都市快軌交通，2013，26（6）：107-111.

[4]鐘吉林，王長林. 有軌電車道口信號優(yōu)先設(shè)計(jì)[J]. 鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014，23（9）：48-50，62.

[5]徐鼎，張靜. 現(xiàn)代有軌電車行車控制方案設(shè)計(jì)[J]. 都市快軌交通，2013，26（6）：167-170.

[6]李凱，毛勵良，張會，等. 現(xiàn)代有軌電車交叉口信號配時方案研究[J]. 都市快軌交通，2013，26（2）：104-107.

[7]王舒祺. 現(xiàn)代有軌電車交叉路口優(yōu)先控制管理方法研究綜述[J]. 城市軌道交通研究，2014（6）：17-22.

[8]蔡國濤. 信號優(yōu)先和車地通信系統(tǒng)在現(xiàn)代有軌電車中的應(yīng)用[J]. 城市軌道交通研究，2016（增1）：39-41.