有轨电车集中控制与分布式控制转换机制

摘要：有轨电车作为城市公共交通的重要组成部分，其信号系统的效率和可靠性直接影响城市交通的整体流畅性和安全性。传统的信号系统多采用集中控制方式，但随着城市扩展和网络复杂性的增加，单一的集中控制模式已经难以满足所有的运营需求。因此，引入分布式控制，提高系统对局部故障的耐受性和自主调度能力变得尤为重要。然而，如何在集中控制和分布式控制之间根据实际情况灵活切换，是提升有轨电车信号系统性能的关键。

关键词：有轨电车集中控制分布式控制转换机制

TheConversion Mechanism betweenofthe Centralized Control and Distributed Control of Trams

LIU Jizheng

Shanghai Rail Transit Equipment Development Co.， Ltd.， Shanghai，201100 China

Abstract： Atramis an important component of urban public transportation， andthe efficiency and reliability of theits signal system of trams directly affect the overall smoothness and safety of urban transportation. The traditional signal systems often adoptsthe centralized control methods， but with the expansion of cities and the increase ining complexity of networks complexity， a single centralized control mode iscan no longer able tomeet all operational needs. Therefore， soitis particularly important to introducinge distributed control to improve the system's tolerance to local faults and its autonomous scheduling ability has become particularly important. However， how to flexibly switch betweencentralized control and distributed control according to actual situations is the key to improving the performance of tramthe signal systemof trams.

Key Words： Tram; Centralized control; Distributed control；Conversion mechanism

有轨电车为城市提供了环保、高效且成本较低的出行选项，可减轻城市交通拥堵和环境污染，带动沿线地区的经济发展，提升城市的商业活力和房地产价值 。而有轨电车益处的发挥需要高效、安全地调度和管理运营，这就需要配以精确的有轨电车信号系统，准确控制运行时间和路线，优化交通流，减少拥堵，提高整个城市交通系统的效率，实时监控和管理车辆运行状态，确保行车安全 。有轨电车信号系统设计还考虑了高度的可靠性和可维护性，即使在极端或不利条件下也能稳定运行，同时便于日常的维护和故障排除，减少了运营中断的时间和成本，因此，该系统的设计提升了城市交通管理现代化、智能化水平。

1有轨电车信号系统

1.1有轨电车信号系统的基本组成

有轨电车信号系统是确保行车安全的关键技术组成部分，符合“故障-安全”原则，具备高安全性、可靠性、可用性和可维护性等特点。该系统主要由4个子系统构成：运营调度管理子系统、正线道岔控制子系统、平交路口信号优先控制子系统和车载子系统。运营调度管理子系统位于调度中心，通过与其他子系统接口，实时监视列车及轨旁设备状态，下发控制命令，实现列车运营的实时调度[1]。正线道岔控制子系统通过道岔控制器和其他设备，按既定程序控制道岔和信号机，确保列车安全进路。平交路口信号优先控制子系统通过路口控制器和车地通信，判断列车位置和运行状态，与交通灯系统协同，实施信号优先控制。车载子系统包括车载主机、显示终端和其他设备，为司机提供驾驶辅助信息和进路控制功能。

1.2系统功能分析

有轨电车信号系统包含多种复杂的子系统，每个系统都设计用于提高整体的运行效率、安全性和可靠性。道岔控制系统使车载子系统能够通过车地通信设备发送进路办理命令，实现对道岔的自动或人工控制；平交路口信号优先控制则通过车载子系统和运营调度管理系统（Operation and Dispatch Management System，ODMS ）的交互，根据列车位置自动或人工优先处理平交路口的信号，确保列车顺畅通过，提高了行车效率和交叉路口的安全性。列车定位系统采用组合定位算法，结合信标、全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）和测速测距技术，精确地确定列车的位置，高精度的定位系统可保证列车按正确路线运行，防止碰撞。车载驾驶机界面（Driver Machine Interface， DMI）和辅助驾驶功能是车载子系统的重要组成部分，提供速度、距离、设备状态和安全警告等关键信息，帮助司机更好地掌握行车状态，同时提供声光报警以提醒司机及时应对可能的安全隐患[2]。

1.3现有系统中集中控制与分布式控制的应用

有轨电车信号系统中，集中控制系统通过集中化的管理枢纽，实现对整个网络的统一监控和调度，能提供全局视角的运营决策和高效的资源配置，其核心在于数据集中处理和指挥调度中心的集权化管理。相对而言，分布式控制系统则强调在本地节点实现决策自主性，每个控制单元都能根据实时数据独立完成控制任务，增强了系统的可靠性和抗干扰能力，基于分散处理信息和决策，降低了对中心节点的依赖，提高了系统的故障容错性和扩展性，可以有效减少通信延迟，提升响应速度。

2集中控制与分布式控制的区别

2.1对比分析

集中控制与分布式控制是现代控制系统中两种基本的架构形式，二者在功能分配、资源管理和决策执行方面具有根本的差异。集中控制模式下，所有的决策和控制任务由单一中心点或少数几个中心执行，便于监督和管理大规模系统的统一运作，易于实施统一的政策和标准，适用于环境相对稳定、可预测性高的场景。但可能导致信息处理瓶颈，增加系统对中心节点的依赖，一旦中心出现故障，整个系统的稳定性和可靠性可能受到影响。分布式控制则是指控制权分散至多个节点，每个节点都具有一定的自主决策能力，提高了系统的弹性和容错性，适合于环境动态变化、需要快速本地响应的应用[3]。分布式控制应用过程中也面临有待解决的问题，如节点间的协调和数据一致性保证较为复杂，可能需要更多的通信资源和复杂的协调机制。有轨电车信号系统等关键基础设施的应用中，选择集中控制还是分布式控制需基于对系统稳定性、实时性、安全性和成本效益的综合考量。有效的系统设计往往需要在集中与分布的优势之间寻找平衡点，以适应不断变化的技术和运营环境需求。

2.2有轨电车信号系统控制方式适用场景

有轨电车信号系统中，集中控制和分布式控制各自适用于不同的运营和管理场景，集中控制系统适用于规模相对集中且运营线路较短的有轨电车网络，适合于需要高度协调一致性的城市或区域。集中控制能优化整个网络的运行效率，通过中心化的调度中心快速响应各类运营变化和紧急情况，保持服务的连贯性和可靠性，如在城市中心或人口密集区域的有轨电车系统，集中控制可以更好地进行交通流的优化管理，实现精确的时刻表控制和高频率调度[4]。分布式控制则更适合于地理分布广泛或线路复杂的有轨电车系统，在各个节点部署自治的控制单元，每个单元负责特定区域的信号和调度任务，提高了系统的弹性和抗干扰能力。分布式控制减少了中心处理压力和通信延时，适用于覆盖面广、节点多的运营网络，如跨城市或区域边界的有轨电车系统。

2.3集中控制、分布式控制转换机制的必要性

有轨电车信号系统中，实施集中控制与分布式控制转换机制能有效地结合两种控制模式的优势，提高系统对不同运营环境和突发情况的适应能力。转换机制使得有轨电车信号系统能够根据实际运营条件和外部环境变化，在集中与分布式控制之间动态切换，实现最优的运行状态。例如 ：正常运营时，系统可能倾向于使用集中控制以保证高效率和低成本；而在遇到单点故障或需要快速局部响应时，则自动切换至分布式控制，以利用其高容错性和快速的局部决策能力。因此，集中控制与分布式控制的转换机制提升了有轨电车信号系统的操作灵活性和应急响应能力，也增强了整个系统的可靠性和经济性，应对未来的技术变革和运营挑战，实现有轨电车网络在不断变化的城市交通环境中的持续适应和发展。

3有轨电车控制方式转换机制的设计

3.1列车进路控制功能

根据线路设计，一般只在道岔区域设置进路，站间运行间隔由司机负责安全。列车正常运行时，控制中心将编排计划时刻表并对每列车分配列车识别号。每日运营准备阶段由运营调度管理系统向车载系统发送当日运营计划时刻表[5]。进路控制模式包括：运营调度管理自动控 制、运营调度管理人工控制、车载自动控制、车载人工控制，其中，运营调度管理自动控制是指当列车接近岔区时，运营调度管理系统根据目的地号和时刻表自动排列进路；运营调度管理人工控制是指系统支持中心操作员人工设置进路；车载自动控制是当进路控制权属于车载子系统时，车载子系统可根据列车目的地号或默认的计划信息进行排路；车载人工控制则是由司机通过按压车载按钮遥控选路。

3.2集中式控制模式

运营调度管理系统将根据列车位置、列车目的地号、列车运行方向以及列车进入办理进路的触发位置信息自动生成设置进路命令，并将命令发送至道岔控制系统。发送命令前运营调度管理子系统完成检测到触发点被列车占用、检查列车具有目的地号、检查进路满足有效性条件[6]。上述条件满足后，系统自动生成进路命令并发送给道岔控制系统，根据道岔控制系统的反馈显示进路状态。同时运营调度管理系统记录自动设置进路的事件。

集中控制模式下系统提供人工进路功能。当需要为有轨电车正线上的列车人工建立其前方运行进路时，运营调度操作员可通过操作运营调度管理系统工作站站场图界面中的进路始端信号机下发“设置进路”命令，形成人工设置进路命令消息发送至道岔控制系统。运营调度管理系统收到道岔控制系统执行后的处理结果，完成该功能。

3.3分布式控制模式

车载系统在道岔防护信号机关联的预告点处开始向正线道岔控制系统发送进路办理命令，从而实现进路自动控制功能。车载系统根据运行计划自动向正线道岔控制系统发送进路办理命令

分布式控制模式下，系统同样提供人工进路功能。当需要车载人工设置进路时，有轨电车运行至道岔防护信号机外方的接近点处并处于停稳状态。司机可以按压车载DMI上的虚拟按钮（直向、左向、右向、取消，按钮都为自复式）。

当通过DMI的虚拟按钮办理或取消进路时，无论电车为何种控制模式，以人工操作优先。车载系统收到相应信息后，将控制命令转化为进路办理命令发送给正线道岔控制系统。

系统功能设计时明确各种模式的优先级按照人工优先于自动、本地优先于中心原则处理。

3.4集中控制与分布式控制转换触发条件

当运营调度管理系统故障或通信中断时，车载系统与运营调度管理系统无报文累积时间超过最大允许延迟时间时，车载系统判断与运营调度管理系统通信中断，自动转化为车载自动控制模式。

系统同时提供控制模式人工转换功能。当系统状态正常时候操作员可选择列车车次窗的右键菜单释放或回收控制权。释放或回收控制权命令发送至车载系统，车载系统根据运营调度管理系统模式命令，转化为车载控制模式或中心控制模式并反馈给运营调度管理系统。

4结语

综上所述，有轨电车信号系统的集中控制与分布式控制转换机制整合先进的数据处理技术和网络管理工具，实现了控制模式的智能切换，提高了有轨电车系统的运营灵活性，增强了对不确定性和异常条件的应对能力。实施结果表明，此转换机制能够有效地优化资源分配，提升系统的整体性能和安全性。

参考文献

[1]江东鹏.城市有轨电车轨道工程的施工技术要点[J].工程机械与维修， 202 4 （3）：139-141.

[2]雷彬，孟凡超.现代有轨电车平交路口信号系统控制方案研究[J].铁路通信信号工程技术，2024，21（2）：78-83，95.

[3]傅明华.现代有轨电车信号系统控制方案的研究[J].中国市政工程， 2024， （1）：104-107，158-159.

[4]葛青，陈欣.基于协调等级的多场景有轨电车控制[J].城市建设理论研究（电子版），2023（15）：91-93.

[5]杨鑫江.现代有轨电车智能控制系统中车辆定位技术研究 [J]. 科技创新与应用，2023，13（14）：127-130.

[6]严建鹏，梁奕，徐宏伟，等.现代有轨电车信号系统总体结构及功能实现方式[J].城市轨道交通研究，2018，21（9）：98-103.