现代有轨电车智能控制系统的设计

应承静，杜 康，陈金叶，张鹏飞

(淮安市现代有轨电车经营有限公司，淮安 223001)

现代有轨电车系统经过不断的升级优化，在环境景观、车辆性能、智能控制和舒适性等方面较传统有轨电车有了非常大的提升。现代有轨电车核心技术大幅升级，有助于完善城市公交体系结构、支持新城和新区建设及地区产业发展、投资建设模式多元化，因此，国内众多城市选择发展现代有轨电车。

现代有轨电车属于以目视行车为主的低运量、便捷、智能化的轨道交通运输方式。截至2020年6月，全国已有18座城市开通运营了共计32条现代有轨电车线路，运营里程达395 km，建成车站500多座。

现代有轨电车作为一种大运量的地面公共交通系统和中低运量的城市轨道交通系统，运量介于常规公交和地铁之间，是近年新兴的交通制式，具有固定轨道和地面交通运营的公共交通系统特征，线路长度较地铁线路短，但其路况的复杂程度和系统的全面性给现代有轨电车的运营带来许多挑战。

1 智能控制系统简介

本文提出的智能控制系统主要组成部分包括：综合智能调度控制中心、行车调度系统、综合通信系统、弱电集成、线网安全运营生产培训系统、电源系统[1]。

通过建立标准化、规范化和模块化的系统集成平台，将电车行车监控、电力监控系统(PSCADA)、车载超级电容监视、闭路电视监控系统(CCTV)、乘客信息系统(PIS)、公共广播(PA)、电话、无线系统(RC)、售检票系统(FCS)通过不同的集成方式进行集成。火灾自动报警系统(FAS)、环境与设备监控系统(BAS)等专业的接口，形成完整的现代有轨电车行车管理、运营监控及调度指挥的体系。实现对沿线运行现代有轨电车、站台、岔区、变电所的总体监视、协调、调度和管理[2]；建立自上而下的应急处理机制，提供中心调度人员与驾驶员的无线调度通道，确保特殊情况下运营的有序进行。

根据本项目特点，并结合卡斯柯公司产品特点对集成方案进行优化，采用统一的软件平台SmarTIAS，实现列车运行监控、PSCADA、车载超级电容、自动售检票PIS、PA、CCTV、RC、电话等弱电系统的集成。

2 智能控制系统各部分功能

2.1 行车调度系统

行车调度系统主要包括路口综合控制系统、正线道岔控制子系统和信号设备维护支持系统(MSS)。

2.1.1 路口综合控制系统

现代有轨电车与社会车辆在路口的交通组织由路口综合控制信号机统一管理和控制，确保现代有轨电车在路口优先通过；提供平交旅行速度，为乘客提供安全舒适优质的服务；路口优化子系统可以远距离探测即将接近的列车。

路口综合控制系统主要包括OLC(On-Linelouriers)系统、道路交通信号控制系统、电子警察及CCTV。

OLC系统由OLC控制器和现代有轨电车路口专用信号机设备构成，OLC系统原理如图1所示，其中，DMS指驾驶员监控系统，DMI指可量测实景影像，CBI指计算机联锁，TSC指道路交通信号控制系统。

图1 OLC系统原理

OLC控制器是OLC子系统的核心，负责收集信标的状态、接收联锁子系统的进路方向信息、接收来自DMS的路口优先请求(驾驶员请求、调度请求)并进行管理、转发信号机的显示状态和当前故障信息；同时，转发道路交通信号控制系统的设备信号显示状态及当前故障信息。

道路交通信号控制系统采用三级架构形式，三级架构之间通过通信网络连接。

道路交通信号控制系统既能通过现代有轨电车信号优先控制，保障和提升现代有轨电车运行效率、准点率、运行图兑现率和服务水平，同时也能够确保路口电车、社会交通通行的安全、有序和畅通。

现代有轨电车信号优先控制方案主要包括电车优先通行、路口冲突消除、优化控制影响最小化和方案持续优化[3]。

电子警察及CCTV可实现现代有轨电车路口信号与市政信号系统互联互通，分别检测社会交通车辆与现代有轨电车，由市政信号统一联控，市政信号与现代有轨电车信号相关职责部门分别进行维护管理；信号系统具备线路限速、路口闯灯、岔区遥控进路等提醒功能，辅助驾驶员控车；保障路口现代有轨电车运行信号相位与路口市政机动车、行人相位无冲突；保障路口人行安全，具备快速疏散现代有轨电车进出站客流的能力。

现代有轨电车沿线路口均设置视频监控，实现现代有轨电车与市政监控系统路口视频共享；沿线路口及沿线相邻主次干道路口市政信号系统均接入车场市政监控中心(并预留与上级交警管理控制中心接口)，实现区域协调控制[4]，保障现代有轨电车优先通过路口及提高社会车辆通行效率[5]。

2.1.2 正线道岔控制子系统

正线道岔控制子系统由信号机(进路表示器)、现地进路控制盒(计轴复位盘，驾驶员做现地复位使用，一般位于集中区段的就近的信号机柱上)、转辙机、本地道岔控制单元(含机柜、控制模块等)、计轴、车—地间信息传输设备、传输接口、电源模块等设备构成[6]。

正线道岔控制子系统的本地道岔控制单元是由卡斯柯信号有限公司提供的iLOCK-200T型联锁系统，其安全完善度等级达到SIL4级。iLOCK-200T型联锁系统由联锁处理子系统(IPS-200)、电子执行单元(ECID)、维护诊断设备(简称SDM)等构成。

车场信号系统采用了卡斯柯广泛应用于地铁、国铁轨道交通信号系统的iLOCK 型计算机联锁系统。

2.1.3 信号设备维护支持系统

信号设备维护支持系统是保障现代有轨电车运营安全、加强信号系统管理、监测信号系统状态、发现信号系统隐患、分析信号系统故障原因、辅助现场故障处理、反映设备使用质量、提高生产部门维护水平和维护效率的重要系统。

MSS不仅对基础信号设备的参数进行采集，同时具备对自身进行智能化监测的系统功能，可通过标准接口获取相关监测信息，避免重复采集，把各个系统的关键维护信息收集起来，进行集中管理，统一维护，实现集中监测和综合维修管理。

2.2 综合通信系统

综合通信系统包括广播系统、时钟系统、综合数据承载系统、无线通信系统和有线电话系统等。

2.2.1 广播系统

广播系统在正线和车辆段为行车调度、防灾调度和乘客提供语音广播服务，并在发生故障、灾害等紧急情况时，发布警报，指挥救援和疏导乘客。

本系统采用最新型全数字化的IP(网络互联协议)网络广播系统，设备内部均具有A/D转换电路，可以直接将音频信号转换成数字信号。前级话筒是通过与前级话筒连接的终端节点控制器完成A/D转换的。在功率放大器中具有相应的D/A转换电路，将数字音频信号转换成模拟信号，通过音频线缆传送到扬声器终端，完成播音功能。

2.2.2 时钟系统

时钟系统功能主要包括同步校对功能、时间日期显示、系统扩容、容错功能、安全控制、系统监控功能和系统热备份功能。

2.2.3 综合数据承载系统

综合数据承载系统使用光纤进行组网。在综合数据承载系统设计中采用千兆工业以太网环形组网，网络分三级：车站是分接入层，变电所是汇聚层，控制中心是核心层。在车站配置工业以太网接入交换机，在每个变电所配置两套工业以太网汇聚交换机，在控制中心配置两套工业以太网核心交换机。在变电所的汇聚交换机与控制中心核心交换机之间采用环形结构组网，每个变电所与控制中心之间构成两个独立的环形链路。每个变电所负责其相邻车站和变电所组成光纤自愈环网。

2.2.4 无线通信系统

无线通信系统是根据项目要求采用借助公共宽带移动通信网络即3G/4G无线网络、通过虚拟专用网(VPN)的方式来构建的车地无线通信网络，实现专用性的网络功能。选择基于公共移动网络系统的原因在于公网的覆盖范围广，无须申请专用频点，系统本身无须建设基站，而是直接利用移动运营商已建基站，系统结构简单，维护方便。

2.2.5 有线电话系统

有线电话系统为现代有轨电车维保、运营和安技等部门提供了便捷的公务联络，主要是电话业务和部分非电话业务，采用软交换平台构成公务专用一体化的电话交换系统。系统网管采用公务电话和专用电话合设的方式。

2.3 弱电集成

弱电集成包括综合通信视频监控系统、办公自动化(OA)系统、大屏幕系统、电力监控PA系统、售检票系统。

2.3.1 综合通信视频监控系统

综合通信视频监控系统主要由控制中心子系统、车站子系统(站台两端设置)、变电所子系统及列车子系统等部分构成。其中，车站子系统与列车子系统通过本站、本车的接入层交换机将视频信息传输至所辖区域的变电所进行数据存储，同时变电所的一体化球形摄像机数据也在本所存储，两者同时由本所的汇聚层交换机接入控制中心的核心交换机，控制中心有权对前端摄像机进行统一管理，包括接入功能、存储管理、权限分配管理、视频转发功能和解码上墙功能等。

2.3.2 办公自动化系统

OA系统主要采用B/S(浏览器/服务器)模式的基础架构进行实施，在控制中心设置数据库及应用服务器，在调度中心、车辆场等各办公点设置办公终端，通过办公网实现终端和服务器交互。

OA系统核心的业务功能包含门户网站及邮件；进行设备资产的全生命周期管理及跟踪；进行工作管理，为日常办公提供支持，主要包括工作计划、执行、考勤、培训等；进行作业管理，统筹管理施工及维修作业，主要包括作业申请、审批及作业任务派工等功能；进行运营统计分析，利用基础数据进行综合统计报表的展示；进行安全管理，对各类安全问题、安全作业进行管理；进行应急指挥管理，提供应急信息及应急处置功能；支持核心业务的移动办公；进行乘务调度管理，编制乘务员排班计划，进行备班及叫班管理；进行网络管理，保障网络安全。

2.3.3 大屏幕系统

大屏幕系统应用在综合运营控制中心，主要由70英寸DLP(数字光处理)投影单元(含投影单元箱体、DLP投影机、专业背投影屏幕、内置图像处理器)、图形拼接控制器、大屏幕控制管理软件及相关外围设备(支架、底座、机柜、线缆等)组成。

整套大屏幕系统使用DLP技术，配置的所有设备采用模块化设计，具备非常高的可靠性、稳定性和安全性，故障率低，并具有可扩展性，能够根据需要增加显示信号的数量。信号源包括来自摄像头、DVD(数字通用光盘)等的各种制式的视频信号，来自工作站的RGB信号，局域网内工作站向网络输出的显示信号以及远端IP视频信号。显示时可根据需要对任意信号窗口进行灵活的控制和管理，同时可保证显示效果良好。大屏幕控制管理软件是大屏幕显示系统专用的管理软件，通过工作站配置的管理软件，可以实现将大屏幕显示系统的显示方式和内容、布局以任意大小、任意位置和任意组合进行显示，进行方便、多点、直观、实时、全方位的管理和控制。

2.3.4 电力监控DA系统

电力监控PA系统主要是与PSCADA的分工界面，从PSCADA设备通信出口处至智能控制系统直接接口设备的电缆由PSCADA提供，采用RJ45标准接口。

2.3.5 售检票系统

售检票系统采用一票制方案，站台设单程票售票机(也可上车向乘务员购买纸票)，上车刷卡、检票。

2.4 线网安全运营生产培训系统

该系统为仿真系统，采用面积为64 m2的1∶87比例沙盘，采取按真实线路固定比例的模型，包含现代有轨正线车站和车辆段。根据实际线路布置车站和道岔。

2.5 电源系统

因其功能的全面性，电源的供电方式杂而多。在综合设备室、车场联锁设备室、交警设备室、综合培训室、综合维修室、综合检修室设置智能电源屏和UPS(不间断电源)及蓄电池设备，除此之外，电源分配如图2所示。

图2 电源分配

3 结语

本文设计和研究的现代有轨电车智能控制系统通过建立标准化、规范化和模块化的系统集成平台，将多系统进行集成，形成完整的现代有轨电车行车管理、运营监控及调度指挥的体系，实现对沿线运行车辆、车站、道岔区域和变电所的监视、协调、调度、指挥和管理。各系统的高效配合，既保证了运行的效率，又保障了运行的安全性。