黃育斌,譚萬忠,鐘 杰
(中國鐵道科學研究院集團有限公司深圳研究設計院,廣東深圳 518000)
日前,國家對申報地鐵城市的人口、GDP 和財政狀況等“門檻”做出調整,地鐵建設規(guī)劃審批更加嚴格,同時鼓勵發(fā)展輕軌、有軌電車等高架或地面敷設的城市軌道交通。有軌電車的運能介于地鐵和公交車二者之間,是一種中低運量的交通工具。相比于地鐵,現(xiàn)代有軌電車建設成本較低,每公里建設成本不到地鐵的 1/4,且具有安全舒適、建設周期短、綠色環(huán)保等特點,是城市中一種有效的交通補充形式,將會是未來城市軌道交通的一個重點發(fā)展方向[1-2]。
綜合運營效率和建設成本等因素,現(xiàn)代有軌電車通過調整優(yōu)化原有機動車道、綠化帶和人行道布設于路中,可在軌行區(qū)路段享有專用路權,在平交路口與社會機動車輛及行人共享路權[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度模式,適應軌行區(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)代有軌電車行車調度系統(tǒng)的設計方案和實施過程。
有軌電車的行車調度設計總體方案根據(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),實現(xiàn)不同工況下的協(xié)調,達到既定行車目標(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)定的安全間隔和運營間隔要求實現(xiàn)人工駕駛運行。通過道岔區(qū)時,行車調度系統(tǒng)對比既定運行計劃計算得出有軌電車的進路信息,并通過正線道岔控制子系統(tǒng)提前辦理有軌電車前方進路,使有軌電車快速通過道岔區(qū)[5]。當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),包括計軸和信標等軌旁設備,可自動監(jiān)測有軌電車靠近,路口控制子系統(tǒng)根據(jù)路口當前路況對有軌電車路口通過策略進行實時優(yōu)化,司機根據(jù)路口信號機指示安全駛過平交路口,實現(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調車作業(yè)進行集中控制。
圖1 行車調度系統(tǒng)設計總體方案
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備和核心聯(lián)鎖處理單元。
軌旁的終端信號設備主要有信號機、轉轍機、計軸、信標等,設置于正線軌旁,包括軌行綠化區(qū)內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,需適應有軌電車實際應用工況。信標和轉轍機等設備安裝于軌面下,位置較低,需考慮設備排水問題。因此,信標接線盒子和轉轍機地箱均需設排水孔,同時在道床設計階段應預留排水槽。轉轍機選用專用埋入式,機械、液壓和電氣控制模塊全部置于專用高強度不銹鋼材質地箱內,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。計軸設備在不影響檢測精度的前提下選用不切軌安裝方式,保證了鋼軌強度。
核心聯(lián)鎖處理單元設置于軌旁的道岔控制箱內,負責全線的聯(lián)鎖邏輯運算、處理和執(zhí)行。終端信號設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備(計軸、信標等)發(fā)送的信號設備狀態(tài)信息后,對其進行內部邏輯判斷和聯(lián)鎖邏輯運算,根據(jù)規(guī)定的聯(lián)鎖條件和規(guī)定的時序,形成列車進路控制命令并返回控制相應信號設備(信號機、轉轍機等)實行控制動作。
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行同步檢測。有軌電車側通過沿線設置的“預告”、“接近”、“進入”和“離開”等不同檢測點檢測有軌電車的運行狀態(tài);市政交通側通過視頻交通檢測器等設備監(jiān)測路口紅燈排隊及綠燈放行情況。有軌電車路口專用信號和市政道路交通信號分離獨立運行,同時進行交互協(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,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“預告”檢測點時,系統(tǒng)根據(jù)過路口預告請求信號和車輛排隊及通行狀態(tài)綜合判斷相應的優(yōu)先響應等級,對相位時間做預調整和預分配。在駛過“接近”檢測點時,系統(tǒng)再次對調整后的相位時間進行修正,實現(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”等基本響應策略,對路口各相位持續(xù)時間進行調整,確保有軌電車實現(xiàn)不停車通過或最短時間等待[7-8]。
圖2 “綠燈延長”策略
當相鄰路口間距離較短時,可將上游路口的“進入”點復用為下游路口的“預告”點,在有軌電車進入上游路口時即對下游路口的相位時間進行預調整。當路口上游設有電車??空荆彝?空九c路口間距小于“預告”點布置距離時,可將有軌電車出站請求檢測點復用為下游路口的“接近”點。檢測點的復用,既節(jié)省了信號設備的成本,又簡化了控制系統(tǒng)。
每一處路口軌行區(qū)內都設有與道岔區(qū)信號機相區(qū)別的路口專用市政道路交通信號機。系統(tǒng)響應路口優(yōu)先請求命令,并將優(yōu)先請求結果顯示在市政道路交通信號機上。有軌電車司機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營階段,運營單位需根據(jù)實際情況,增派人員在主要路口進行輔助性指導,規(guī)范社會車輛和路人在有軌電車區(qū)域的行動。
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進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行測速定位,將有軌電車定位速度狀態(tài)信息與調度中心發(fā)送的有軌電車運行計劃信息對比計算后,通過車地間通信系統(tǒng)將有軌電車進路命令發(fā)送至軌旁道岔控制子系統(tǒng),提前辦理有軌電車前方進路。
正常工況下,車載子系統(tǒng)主動發(fā)送有軌電車進路命令,實現(xiàn)自動辦理進路。在自動進路失效的情況下,司機通過車載子系統(tǒng)提示手動辦理進路。
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)和計軸、轉轍機和信號機等終端聯(lián)鎖設備。車輛段聯(lián)鎖子系統(tǒng)通過繼電接口電路對各終端聯(lián)鎖設備執(zhí)行聯(lián)鎖控制,采集設備狀態(tài)及故障信息,對有軌電車進出車輛段以及段內調車作業(yè)進行集中控制。
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行轉線作業(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的開放;有軌電車出場不需要檢查正線出場信號機的開放,期間由司機目視行車,人工保證安全。
除正常工況外,當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)在進行聯(lián)鎖邏輯運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)和相關聯(lián)鎖區(qū)進路信號,以控制行車。
路口下游存在道岔聯(lián)鎖區(qū)時,只有確認下游進路信號開放,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,只有確認路口允許電車優(yōu)先通過時,才能允許有軌電車進入道岔聯(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備,導致其他進路無法辦理,影響運營效率(圖 4)。
圖4 道岔區(qū)間占用
現(xiàn)代有軌電車的建設有其自身特殊性,行車調度策略更是區(qū)別于傳統(tǒng)地鐵。為解決這些問題,建設單位、設計單位、監(jiān)理單位和工程建設等相關單位在設計、施工、安裝和調試階段需綜合考慮“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,順利完成行車調度系統(tǒng)的設計施工,達到既定行車組織目標。該行車調度系統(tǒng)的設計方案已經(jīng)在實踐中得到了驗證,并可為將來同類系統(tǒng)提供經(jīng)驗參考。
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