现代有轨电车信号控制系统设计

创新者：蔡云峰

现代有轨电车信号控制系统设计

创新者：蔡云峰

现代有轨电车以其快速、环保、运能大的特点已成为一种新兴的公共交通方式。现以正线道岔控制系统及路口信号优先控制系统为重点，对有轨电车信号控制系统进行分析，对各子系统的选型及目前存在的问题进行了探讨。

随着城市化的进程，城市公共交通的压力不断增大，迫切需要在公共交通领域发展新型城市轨道交通系统。有轨电车以其运能大、快速、环保的特性，越来越受到人们的青睐，在很多城市规划中已经成为了公共交通的重要组成部分。

有轨电车定位于中等运量的城市快速公交系统，运输能力介于传统公汽与地铁轻轨之间。其运行于钢轨上，运行方式与地铁及轻轨相似，但是通常在部分路段与其他地面交通方式交叉，没有完整的独立路权，因此，有轨电车的信号控制系统有别于地铁和轻轨。目前个别城市已有几条现代有轨电车线路开通运行，其他还有大量城市正在建设，由于没有成熟的设计标准，有轨电车的控制系统的构成及实现方法并没有统一，已建成的各条线路的信号控制系统均不一致。

现代有轨电车基本概况

现代有轨电车属于中等运量的城市公共交通方式，每小时单相运能约3000至15000人，介于传统公汽与地铁之间。主要作为快速连接城区与郊区的公交方式，作为传统公汽与地铁轻轨之外的有力补充。现代有轨电车噪音低、乘坐舒适、造型美观，与老式有轨电车存在明显差异，在建成的城市中已成为一道靓丽的风景。部分线路采用隔离方式，完全与道路的其他车辆隔离，形成独立的线路运行，在路口通常与其他社会车辆平交，运行线路交叉混行。建设成本低，技术经济指标通常在1亿元/km左右，大大低于轻轨及地铁的造价。

基本设计思路

目前沈阳、上海、苏州、南京均已建成通车有轨电车线路，但由于没有正式的设计规范，实际的设计过程中均只能借鉴铁路、地铁轻轨的相关规范，这就使得部分系统方案呈现地铁轻轨化的倾向。有轨电车的地铁与有轨电车的运营环境有巨大的差异，若类比地铁标准建设将导致系统变得复杂庞大，投资相应大幅增加。现代有轨电车应该更倾向于公交化的运营，其建设应在传统公交基础上进行补强。应从有轨电车控制系统的运营特点出发，结合目前信息化发展的要求，有轨电车控制系统应以系统集成化，设备综合化、小型化，维护简单化为设计理念。

信号控制系统探讨

现代有轨电车信号控制系统通常由正线道岔控制系统、路口优先控制、车辆段信号联锁系统构成。其中车辆段信号联锁系统已经相当成熟，所有线路的车辆段均采用与传统铁路一致的计算机联锁信号系统，但正线道岔控制系统及路口优先控制系统没有相关建设标准，已建成的各条线路均不一致，而以上两个系统又是直接决定了整条线路的运行能力和技术水平，因此需要详细研究。

正线道岔控制系统

正线道岔控制系统控制全线所有正线区段的道岔转辙机、轨道区段及相关信号机。正线道岔控制系统在中心控制、车载控制模式下，安全性由本地控制机中的联锁关系保证；在本地控制模式下，安全性由区段占用检查设备保证。在各种操作模式下，最大程度的保证了列车的安全性。以下分别对该系统的主要设备进行探讨。

联锁控制机

由于正线本系统的重要性，同时为了最大程度保证使用的可靠性，联锁机需采用 “二取二”安全硬件结构。同时为了满足系统集成化、小型化维护简单的要求，应尽量选择采用全电子联锁技术，该制式联锁制式设备具有体积小，安装方便、维护少的特点，能够很好地适应有轨电车控制系统的使用要求，目前该制式已有相当成熟的设备。

区段占用检查设备

有轨电车区段检查设备与地铁轻轨以及传统铁路区别最大，传统铁路及地铁轻轨大部分都采用25HZ、50HZ交流轨道电路，也有部分采用计轴设备，但是有轨电车采用以上的检查设备均不理想。有轨电车的轨道安装位置与路面平齐，下雨时容易形成短路，使轨道电路无法正常工作。另外，有轨电车的轨道是U型轨，计轴设备安装普遍存在问题，计轴设备正常安装时需要部分锯轨，这一定程度影响了钢轨的强度，在很多城市是不允许的。不锯轨的话就必须将轴头设于钢轨外侧，而这又使设备可靠性和灵敏度大大降低。因此，在苏州有轨电车一号线上采用了新型的轨道电路，该型轨道电路利用交流谐振的技术，利用检测轨道区段电气特性的相对变化，来反映是否有车占用。即使在有雨水影响的情况下，系统能够自动进行参数调整，满足下雨时、甚至被雨水浸泡时轨道电路的正常工作。该轨道电路稳定可靠、技术条件先进，目前在建的珠海、淮安等城市的有轨电车控制系统也已应用。

列车定位

获取列车位置信息，将信息通过数据网传输至控制中心，可以在控制中心实现对车辆运行的实时监测，对调度具有指导意义。目前普遍采用GPS/北斗卫星定位、车地通信环线和计轴点绝对坐标对列车进行综合定位，当GPS/北斗卫星定位或车地通信环线计轴任意一种方式故障后，控制中心仍然可以实现列车定位。

转辙机控制

正线转辙机具有控制中心、车载控制、现地控制、机械操作四种独立的控制模式。正常运营时控制中心根据车辆运行的径路，自动对道岔转辙机进行控制，当出现网络等设备故障的时候，系统自动转为车载遥控控制模式，当车辆接近道岔时，车载计算机发送道岔控制信息，道岔转辙机转动。若道岔未正常转动，电车司机需在道岔前停车，按下安装在转辙机附近的转辙机控制按钮进行操作，若该方式仍无法对转辙机进行操作，就需要使用操作杆对转辙机直接进行机械扳动。因此，有轨电车的控制系统需考虑在控制中心故障、车载故障、本地控制机故障、断电等各种情况下道岔转辙机的控制方式，保证系统最大的可用性。

路口信号优先控制系统

现代有轨电车与地面其他交通方式在路口共享路权，有轨电车定要求运行快速，但是作为公共交通的一种，不能不顾其他路口及车辆的通行需求，是否允许其通过路口应统筹路口的交通状况综合考虑，由此提出了路口信号优先控制系统。目前该系统主要由集中控制和分散控制两种模式。集中控制的方式通过本系统的路边设备采集车辆位置信息，车辆接近时，由路边设备发送接近信息至路口交通控制机，由路口交通信号控制机综合计算是否给予优先通行。分散控制的模式是将路口的优先控制功能纳入路口交通控制机统一控制，车辆接近路口的信息由路口控制机的感应线圈采集（除车站接近路口的情况），将有轨电车信号灯作为与路口其他方向相同的信号灯来处理，所不同的是，有轨电车在条件允许的情况下需给予优先通过，以满足其快速公交的属性。

路口优先的策略的制定，是一个需要结合具体路口的交通状况，以路口的实际情况作为基础，需要统筹考虑，这也是路口优先控制系统最重要的设计要素。

结语

现代有轨电车作为一种新兴的公共交通，以其快速、环保、运能大的特点受到越来越多的城市的欢迎。有轨电车的信号控制系统是有轨电车快速安全运行的保证，由于没有相关设计规范，如何在满足安全的前提下，尽量做到集成化、小型化、简单化，降低建设及维护成本，是系统设计者必须仔细研究的课题。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.029