張婷婷，陸怡然

（卡斯柯信號有限公司，上海 200071）

與社會車輛在平交路口共享路權(quán)是有軌電車的特色之一[1]。為提高有軌電車的運行速度，降低其在平交路口的延誤、盡可能避免停車，同時兼顧道路交通路口整體的車輛通行能力，平交路口優(yōu)先控制子系統(tǒng)（以下簡稱“OLC 系統(tǒng)”）應(yīng)運而生。OLC 系統(tǒng)主要為有軌電車優(yōu)先通行提供實時保障，其在運行過程中，與道路交通控制系統(tǒng)（以下簡稱“TSC 系統(tǒng)”）接口，實時采集運營調(diào)度信息；同時結(jié)合有軌電車當前位置信息以及道路交通信號相位狀態(tài)，判斷并提供合適的優(yōu)先聯(lián)動方案；最終根據(jù)路口的特點實施差異化的信號優(yōu)先控制。由于平交路口與軌道設(shè)施在特定布局關(guān)系下需要考慮的優(yōu)先關(guān)系存在差異，因而需要針對不同類型平交路口情景制定相應(yīng)的OLC 系統(tǒng)與TSC 系統(tǒng)優(yōu)先聯(lián)動方案，從而提高路口的綜合通行效率與安全性。

1 OLC 系統(tǒng)的基本原理

1.1 系統(tǒng)功能

OLC 系統(tǒng)基本功能包括有軌電車位置信息檢測功能，路口優(yōu)先信號請求功能，信號一致性保障功能，信號聯(lián)動功能，自檢、自診斷功能。其具體功能如下。

1）有軌電車位置信息檢測功能。實現(xiàn)列車接近路口預告、信號優(yōu)先請求確認、列車進入路口檢測及列車出清路口檢測。

2）路口優(yōu)先信號請求功能。根據(jù)信號系統(tǒng)實際情況，通過車載發(fā)送、調(diào)度中心人工發(fā)送、列車到達檢測點位置自動發(fā)送等差異化方式發(fā)送優(yōu)先請求。

3）信號一致性保障功能。保證路口信號專用機與道岔區(qū)進路表示器狀態(tài)一致，路口信號專用機與道路交通信號燈狀態(tài)一致。

4）信號聯(lián)動功能。針對不同特性的路口，綜合考慮路口優(yōu)先信號、進路辦理信號請求時機、路口專用信號機開放時機，實現(xiàn)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)（以下簡稱“CBI”系統(tǒng)）、信號行車調(diào)度子系統(tǒng)（以下簡稱“DMS”系統(tǒng)）、TSC系統(tǒng)的聯(lián)動控制。

5）自檢、自診斷功能。實現(xiàn)路口專用信號機、OLC系統(tǒng)、TSC 系統(tǒng)的故障檢測。

1.2 系統(tǒng)組成

OLC 系統(tǒng)由PLC 控制器、繼電器、路口專用信號機和信號機燈絲報警儀等設(shè)備組成。

1）PLC 控制器為OLC 系統(tǒng)的核心部件，完成OLC系統(tǒng)全部邏輯處理功能，負責與信號CBI、DMS 系統(tǒng)、道路交通TSC 系統(tǒng)接口。

2）繼電器用于與TSC、路口專用信號機的安全接口，滿足故障-安全的特性。

3）路口專用信號機用于在平交路口提示司機直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、過渡和禁止信息，司機需嚴格按照路口專用信號機指示行車。

4）信號機燈絲報警儀同時為多架信號機燈位進行正常點燈或閃爍模式的實時監(jiān)測，提供信號機故障燈位報警功能。

1.3 系統(tǒng)接口

1）信號系統(tǒng)內(nèi)部接口。為全面掌握有軌電車運行的情況，OLC 系統(tǒng)需與CBI 系統(tǒng)和DMS 系統(tǒng)接口獲取特定路口進路申請信息、特定道岔狀態(tài)信息、優(yōu)先請求信息以及列車位置及優(yōu)先信息等。

同時，平交路口優(yōu)先系統(tǒng)將自身系統(tǒng)信息發(fā)送給DMS 系統(tǒng)，便于在中心顯示優(yōu)先狀態(tài)、路口專用信號機顯示狀態(tài)和路口專用信號機、OLC 系統(tǒng)、TSC 系統(tǒng)的故障信息。

2）信號系統(tǒng)外部接口。信號系統(tǒng)外部接口主要指TSC 系統(tǒng)接口。OLC 系統(tǒng)向TSC 系統(tǒng)發(fā)送的信息包括列車位置信息、優(yōu)先請求功能的開啟/關(guān)閉信息等。

TSC 系統(tǒng)向OLC 系統(tǒng)發(fā)送的信息有道路交通信號燈手控/自動控制信號、路口專用信號機狀態(tài)等。

2 平交路口分類

有軌電車通過路口的過程可簡述為：有軌電車行駛過程中，依次通過預告、請求、進入和離開檢測點。OLC 系統(tǒng)通過各檢測點獲取的列車位置信息，向TSC系統(tǒng)先后轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先申請、路口占用、路口出清等信息。TSC 據(jù)此計算優(yōu)先、通行、禁止邏輯，發(fā)送給OLC 系統(tǒng)，同時保障道路交通信號燈顯示。OLC 系統(tǒng)依據(jù)TSC 系統(tǒng)發(fā)送指令，點亮路口專用信號機。多數(shù)路口不需要考慮特殊的聯(lián)動策略，通過OLC 系統(tǒng)和TSC 系統(tǒng)的簡單交互即可實現(xiàn)有軌電車的路口優(yōu)先功能。但結(jié)合平交路口與軌道線路、站臺及道岔的相對位置關(guān)系，從道路交通通行效率、有軌電車通行效率、安全等方面考慮，出站路口、含岔區(qū)路口、出入場段路口和主線-支線路口等4類特殊平交路口需考慮定制差異化的聯(lián)動策略。平交路口分類情況見表1。

表1 平交路口分類

4 類特殊平交路口的基本特征及劃分依據(jù)如下。

2.1 出站路口

路口前有站臺的且站臺距離路口較近（小于請求點部署距離原則時）[2]，此時若在進站前自動申請優(yōu)先，由于乘客乘降作業(yè)時間具備不確定性，可能會導致對應(yīng)有軌電車優(yōu)先相位時間延長，嚴重影響道路交通其他相位的通行效率[3]；若出站時自動申請優(yōu)先，則可能出現(xiàn)TSC 系統(tǒng)無法及時給出對應(yīng)優(yōu)先相位的可能性，列車將在路口前停車，影響有軌電車通行效率。

2.2 含岔區(qū)路口

路口前小于一個車長距離內(nèi)含有道岔，此時若TSC 系統(tǒng)未給出通行命令，列車將在道岔上停車，存在安全風險，同時此類路口OLC 系統(tǒng)需保證路口專用信號機與道岔區(qū)進路表示器協(xié)調(diào)一致。

2.3 出入場段路口

存在有軌電車設(shè)計限速低、出入段進路命令辦理耗時較長的特點，且此類路口若有軌電車停車，一般會完全占用路口，影響所有方向的道路交通。若采用相對優(yōu)先調(diào)整策略，且未與CBI 系統(tǒng)聯(lián)動考慮進路辦理時機，導致列車在路口停車，會極大程度影響道路通行效率。

2.4 主線-支線路口

存在有軌電車多方向、多車通過的場景，需具備優(yōu)先管理功能。

3 平交路口優(yōu)先聯(lián)動方案

3.1 普通路口優(yōu)先聯(lián)動方案

普通平交路口的聯(lián)動方案時序如下。

①列車依次通過預告點及請求點，OLC 系統(tǒng)向TSC 系統(tǒng)依次發(fā)送預告及優(yōu)先請求。②優(yōu)先請求信號被TSC 系統(tǒng)接受，TSC 系統(tǒng)給OLC 系統(tǒng)發(fā)送優(yōu)先請求反饋信號，并開始調(diào)整相位。③TSC 系統(tǒng)確保無沖突相位，允許有軌電車通行，而后TSC 系統(tǒng)發(fā)送過渡信號至OLC 系統(tǒng)；前方路口信號即將轉(zhuǎn)換，路口專用信號機顯示過渡燈位。④TSC 系統(tǒng)發(fā)送通行信號至OLC 系統(tǒng)，前方路口開放通行，路口專用信號機顯示通行燈位。⑤列車通過進入檢測點，OLC 系統(tǒng)發(fā)送信號給TSC系統(tǒng)，路口專用信號機顯示禁止燈位，防止后車跟車進入。⑥列車通過路口；路口專用信號機顯示禁止；道路交通恢復正常相位輪轉(zhuǎn)。

其中，時序②中TSC 系統(tǒng)針對路口優(yōu)先的調(diào)整策略可分為2 種，即絕對優(yōu)先和相對優(yōu)先。絕對優(yōu)先即為保證有軌電車優(yōu)先通過路口，TSC 系統(tǒng)在當前信號燈相位關(guān)系中插入有軌電車優(yōu)先相位，有軌電車駛離路口區(qū)域后恢復正常相位。相對優(yōu)先即TSC 系統(tǒng)根據(jù)當前道路交通信號燈相位關(guān)系進行分析判斷，延長有軌電車行車方向綠燈周期或縮短沖突相位紅燈周期。兩者的優(yōu)缺點見表2。

表2 TSC 調(diào)整策略比較

考慮到有軌電車對社會交通影響，為了平衡有軌電車和道路交通通行效率，普通平交路口建議使用相對優(yōu)先的策略[4]，僅在特殊平交路口采用絕對優(yōu)先的策略。

3.2 出站路口優(yōu)先聯(lián)動方案

路口前有站臺的且站臺距離路口較近（小于請求點部署距離原則時），該類路口需特殊考慮路口優(yōu)先辦理的實際，通過司機按壓車載優(yōu)先按鈕的方式辦理請求。

具體優(yōu)先聯(lián)動方案時序如下：①列車進入站臺，停站，并進行上下客作業(yè)。②列車上下客中途或停站作業(yè)結(jié)束后，司機適時按壓車載優(yōu)先請求按鈕，發(fā)送優(yōu)先請求。③優(yōu)先請求信號通過無線通信連接OLC 系統(tǒng)，OLC 系統(tǒng)發(fā)請求信息至TSC 系統(tǒng)；信號被接受，司機視路口專用信號機燈位，可準備發(fā)車。④前方路口專用信號機顯示信號即將轉(zhuǎn)換或允許通行時，列車離站。⑤列車通過進入檢測點，OLC 系統(tǒng)發(fā)送信號給TSC 系統(tǒng)，路口專用信號機顯示禁止，防止后車跟車進入。⑥列車通過路口，道路交通恢復至正常相位。

3.3 含岔區(qū)路口優(yōu)先聯(lián)動方案

路口內(nèi)含有道岔且岔區(qū)距離路口較近（小于一個車長時），該類路口需考慮CBI 系統(tǒng)、OLC 系統(tǒng)、TSC 系統(tǒng)的聯(lián)動，確保路口專用信號機顯示與道岔區(qū)進路表示器保持協(xié)調(diào)一致，即路口專用信號機顯示通行時有軌電車進路需同時確保已辦理成功。

具體優(yōu)先聯(lián)動方案時序如下：①列車經(jīng)過請求點，檢查進路開放情況，若不一致，OLC 系統(tǒng)向CBI 系統(tǒng)申請同方向進路信息，待與通行方向一致的進路信號已開放，向TSC 系統(tǒng)申請該方向優(yōu)先控制信號。②優(yōu)先請求信號被接受，道路交通控制器調(diào)整配時及相位。③前方路口允許通行，路口專用信號機點亮通行燈位。④列車通過進入檢測點，OLC 系統(tǒng)發(fā)送信號給TSC 系統(tǒng)，路口專用信號機顯示禁止，防止后車跟車進入。⑤列車通過路口，道路交通恢復至正常相位。

3.4 出入場段路口優(yōu)先聯(lián)動方案

為兼顧社會交通的通行效率和有軌電車的運營效率，避免出現(xiàn)進路表示器和路口專用信號機沖突的情況?？紤]到有軌電車出入段路口限速、進路命令辦理耗時較長，為減少對道路通行效率的影響，因此，該類路口需聯(lián)動考慮，提供不同于其他路口的優(yōu)先功能。

出入段路口優(yōu)先方案設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：一是有軌電車優(yōu)先采用插入相位的絕對優(yōu)先方式[5]；二是進出車輛段時，有軌電車優(yōu)先申請進路，待進路辦理完成后，再申請優(yōu)先；三是為避免有軌電車出入段時，司機需要在多處觀察信號機，故將進路表示器及路口專用信號機并排布置。司機觀察2 架信號機顯示一致時，方可操作通行。

依據(jù)是否有有軌電車優(yōu)先，將道路交通分為5 個不同階段，具體階段見表3。

表3 出入場段路口階段表

在正常階段時，無有軌電車出入車輛段，相位在2個階段（正常階段一、正常階段二）之間輪轉(zhuǎn)。當有軌電車正線運行通過時，若處于正常階段二，則采用插入相位方式轉(zhuǎn)至優(yōu)先階段一，待有軌電車通過路口后，結(jié)束該優(yōu)先階段；若處于正常階段一，則直接進入優(yōu)先階段一。當存在有軌電車需要出入車輛段時，采用插入相位的方式，根據(jù)來車的方向，進入優(yōu)先階段二或優(yōu)先階段三。

具體優(yōu)先聯(lián)動方案時序如下：①列車經(jīng)過預告點，OLC 系統(tǒng)將預告命令發(fā)送至TSC 系統(tǒng)。②列車經(jīng)過請求點，司機同時通過車載進路辦理按鈕辦理對應(yīng)方向進路（正線運行或者出入段），若該列車為正線運行，進路辦理信息通過無線通信發(fā)送至CBI 系統(tǒng)；若該列車為出入段進路，該信息通過無線通信發(fā)送至OLC 系統(tǒng)；同時，OLC 系統(tǒng)獲取路口優(yōu)先請求命令。③OLC 系統(tǒng)發(fā)送進路辦理命令至CBI 系統(tǒng)，CBI 系統(tǒng)辦理進路。④CBI 系統(tǒng)進路辦理成功后，發(fā)送進路確認信息至OLC 系統(tǒng)；OLC 系統(tǒng)此時向TSC 系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)路口優(yōu)先請求命令。⑤TSC 系統(tǒng)采用絕對優(yōu)先策略，隨即開放過渡及通行信號，將信號發(fā)送至OLC 系統(tǒng)。⑥OLC 系統(tǒng)判斷進路方向和路口通行方向一致后，開放路口專用信號機通行信號。⑦司機觀察進路表示器及路口專業(yè)信號機，顯示一致時，可駕駛列車通過路口。⑧OLC 系統(tǒng)獲取列車通過離開檢測點時，向TSC 發(fā)送出清命令，TSC 結(jié)束優(yōu)先階段結(jié)束，恢復正常階段相位。

3.5 主線-支線路口優(yōu)先聯(lián)動方案

為兼顧社會交通的通行效率和有軌電車的運營效率，避免出現(xiàn)進路表示器和路口專用信號機沖突的情況?？紤]到主線-支線路口有軌電車進路多，有軌電車和道路交通的沖突情況多，為減少有軌電車及道路交通效率的影響，因此，該類路口需聯(lián)動考慮，提供不同于其他路口的優(yōu)先功能。

主線-支線路口優(yōu)先方案設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：一是應(yīng)采用相對優(yōu)先模式控制，即相位順序保持不變；二是有軌電車通過路口時，采用伴隨點燈，即不將是否有優(yōu)先請求作為路口專用信號機開放的必要條件，每當相位輪轉(zhuǎn)到有軌電車的通行，且對應(yīng)方向的進路亦辦理成功，則路口專用信號機開放通行；三是當路口被有軌電車占用時，路口專用信號機顯示無法開放通行；四是在請求點至路口專用信號機的區(qū)域，不會出現(xiàn)超過1 列有軌電車；五是建議支線交路路口社會交通左轉(zhuǎn)禁止掉頭[6]。

列車在主線-支線路口單車到達時，具體優(yōu)先聯(lián)動方案時序如下：①列車經(jīng)過預告點，OLC 系統(tǒng)將預告命令發(fā)送至TSC 系統(tǒng)；②列車經(jīng)過請求點，OLC 系統(tǒng)將優(yōu)先請求命令轉(zhuǎn)發(fā)至TSC 系統(tǒng)；③TSC 系統(tǒng)調(diào)整配時，在即將開啟通行前10 s，將允許進路辦理信號發(fā)送至OLC 系統(tǒng)，該信號保持高電平直至該相位結(jié)束前10 s；④OLC 系統(tǒng)根據(jù)TSC 系統(tǒng)反饋的允許進路辦理狀態(tài)和當前進路狀態(tài)，發(fā)送進路辦理命令至CBI 系統(tǒng)；對于每次請求，OLC 系統(tǒng)僅辦理一次進路；⑤有軌電車CBI系統(tǒng)辦理進路；⑥TSC 系統(tǒng)開放通行后，將通行信號發(fā)送至OLC 系統(tǒng)；⑦進路辦理完，OLC 系統(tǒng)判斷進路方向和路口通行方向一致后，開放路口專用信號機通行信號；⑧若路口前有站臺，列車需停站，當已完成上下客停站作業(yè)，司機便可駕車通過路口，若未完成上下客停站作業(yè)；若路口前無站臺，則司機根據(jù)路口專用信號機通行信號駕駛列車通過路口；⑨若列車未按照預期進入路口，則TSC 系統(tǒng)會再開放一次通行，結(jié)合進路辦理情況，OLC 系統(tǒng)再次開放路口專用信號機；⑩若二次開放后，列車仍在站臺停站，可在停站即將結(jié)束時，通過按下車載優(yōu)先請求按鈕再次補發(fā)請求/進路辦理命令?；蛲ㄟ^中心再次補發(fā)請求/進路辦理命令。

主線-支線路口系統(tǒng)交互信息示意如圖1 所示。

圖1 主線-支線路口系統(tǒng)交互信息示意圖

列車在主線-支線路口多車到達時，為保證多方向通行效率，TSC 系統(tǒng)有如下調(diào)整原則：若在某列車通行相位，列車請求通行，在不超出最大綠的前提下，即使請求出現(xiàn)在綠燈最后時刻，TSC 系統(tǒng)可為該列車延長綠色至其通過路口。若輪轉(zhuǎn)到后車通行相位所需的時間更短，且后車請求時間在后車通行相位前，則TSC系統(tǒng)優(yōu)先處理后車請求。如圖2 所示，前車為相位二通行，后車為相位一通行，前車在相位三時請求，后車只要在所示陰影區(qū)域內(nèi)請求，那么TSC 系統(tǒng)則會優(yōu)先處理后車請求開放相位一，再處理前車請求。若前車由于某種原因未進入路口，那么OLC 系統(tǒng)將不再接收后車來自請求點的命令，直至前車進入路口。

圖2 后車優(yōu)先通行請求窗口示意圖

4 結(jié)束語

本文結(jié)合有軌電車信號中平交路口優(yōu)先控制系統(tǒng)的功能場景，針對普通平交路口以及出站路口、含岔區(qū)路口、出入場段路口和主線-支線路口等4 類典型平交路口，提出了信號聯(lián)動方案，包含進路辦理時機、優(yōu)先請求時機、道路交通優(yōu)先控制策略等方面的選擇等。出站路口特點為不設(shè)置對應(yīng)請求點，通過司機按壓車載優(yōu)先按鈕的方式請求；含岔區(qū)路口的特點為OLC 系統(tǒng)聯(lián)動CBI 系統(tǒng)，保證道岔進路表示器與路口專用信號機顯示一致；出入場段路口特點為TSC 系統(tǒng)采用絕對優(yōu)先控制策略，同時OLC 系統(tǒng)聯(lián)動CBI 系統(tǒng)優(yōu)先請求進路；主線-支線路口特點為TSC 系統(tǒng)采用伴隨點燈策略，同時具備二次開放及多車通過的優(yōu)先管理功能。上述方案研究對現(xiàn)代有軌電車項目中路口優(yōu)先方案的設(shè)計提供借鑒，并可在有軌電車項目中進行實際應(yīng)用。