引言

隨著城市經濟快速發(fā)展,人口不斷增長,城市交通擁堵問題變得日益嚴峻,因此中國大力推動城市軌道交通的發(fā)展,而現(xiàn)代有軌電車以其經濟高效、乘坐舒適、節(jié)能環(huán)保等特點逐漸受到了人們的青睞。

信號系統(tǒng)是城市軌道交通非常重要的系統(tǒng),主要用于列車運行調度、保障行車安全和提高運營效率等方面?，F(xiàn)代有軌電車相較于地鐵和輕軌,具有其獨特的運營方式和特點,因此現(xiàn)代有軌電車的信號系統(tǒng)需根據(jù)其自身的運營需求和技術條件進行設計。本文介紹了現(xiàn)代有軌電車的運營特點,分析說明了有軌電車的信號系統(tǒng),并對其關鍵技術進行了探討。

1現(xiàn)代有軌電車簡介

1.1概念

現(xiàn)代有軌電車(MordenTram)是采用電力驅動的輕型軌道交通車輛,是城市軌道交通的一種,最早于1881年德國柏林附近的里希特菲爾德開通運營,標志著有軌電車作為交通運輸正式投入使用。

1.2現(xiàn)代有軌電車的特點

(1)投資建設成本低。每公里有軌電車所需的投資大約是地鐵的1/30~1/20。

(2)綠色環(huán)保。有軌電車采用接觸網(wǎng)或第三軌供電的方式或者直接由蓄電池充放電提供電能,是一種無污染的交通工具。

(3)節(jié)約城市用地。現(xiàn)代有軌電車可以運行于狹窄的路面,同時采用槽型軌,可與社會車輛共享路權,極大地減少了城市用地,同時不影響城市美觀。

(4)客運量適中。常見的現(xiàn)代有軌電車長度在18~36m,其單向最大運能為5000~20000人/h。

1.3現(xiàn)代有軌電車信號系統(tǒng)

既有的現(xiàn)代有軌電車線路大多為與社會車輛混跑的形式,不設列控系統(tǒng),也不采用傳統(tǒng)的聯(lián)鎖方式,僅對道岔區(qū)及與平交路口實施防護,其信號系統(tǒng)主要由中心調度管理子系統(tǒng)、正線道岔控制子系統(tǒng)、路口信號控制子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)和車輛段子系統(tǒng)構成,如圖1所示。

現(xiàn)代有軌電車的信號系統(tǒng)所包含的各個子系統(tǒng)功能如下:

(1)中心調度管理子系統(tǒng):中心調度管理子系統(tǒng)主要功能集中在控制中心(OCC),主要是實現(xiàn)行車調度人員監(jiān)督全線列車運行、進路設置、編制、管理行車計劃等,可有效提高運營管理水平、服務水平。中心調度管理子系統(tǒng)在調度功能上相差不大,區(qū)別主要集中在控制中心與控制箱的通信組網(wǎng)方式和列車與控制中心通信方式上。

(2)正線道岔控制子系統(tǒng):正線道岔控制子系統(tǒng)主要是通過對道岔的自動或人工控制,使道岔轉動至所需位置,以提高運營效率,降低司機勞動強度。通過道岔、軌道區(qū)段、防護信號機的聯(lián)鎖關系,保證列車通過道岔區(qū)的安全。

(3)路口信號控制系統(tǒng):路口信號控制子系統(tǒng)與道路交通控制系統(tǒng)接口,在列車接近路口時,向道路交通控制系統(tǒng)提出優(yōu)先通過申請,道路交通控制系統(tǒng)針對有軌電車的特點,對路口交通信號控制策略進行優(yōu)化、調整,使得有軌電車在條件允許時獲得路口優(yōu)先通行權。路口有軌電車信號優(yōu)先策略分為絕對信號優(yōu)先和相對信號優(yōu)先。

(4)車載信號子系統(tǒng):車載信號子系統(tǒng)主要是與中心調度管理子系統(tǒng)、正線道岔控制子系統(tǒng)以及路口信號控制子系統(tǒng)相結合,實現(xiàn)相關系統(tǒng)各項功能,并給司機提供必要的駕駛輔助信息和告警信息。駕駛輔助信息包括前后車距離、本車速度、接近道岔區(qū)/路口或限速曲線段等信息,告警信息包括超出線路允許速度信息。

(5)車輛段信號子系統(tǒng):車輛段信號子系統(tǒng)主要是對段內的調車作業(yè)進行集中控制,實現(xiàn)車輛段內進路上的道岔、信號機和軌道區(qū)段的聯(lián)鎖功能,保證車輛內調車作業(yè)及進、出段作業(yè)的安全。車輛段信號系統(tǒng)多數(shù)采用計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)和微機監(jiān)測系統(tǒng)。

2關鍵技術分析

2.1現(xiàn)代有軌電車的路權

現(xiàn)代有軌電車沿著特定的軌道運行,其軌道可以設置在高架、地面和地下,線路比較靈活,在地面運行時不可避免地會與社會車輛存在共同通過平交路口的問題,此時現(xiàn)代有軌電車的路權直接影響著行車效率和交通壓力。有軌電車的路權一般分為三種:獨立路權、半獨立路權和非獨立路權。

(1)獨立路權不允許和社會車輛混跑,屬于完全封閉的專用軌道,一般為高架橋、地下隧道或地面周圍完全封閉的通道。這種獨立路權的運營模式與地鐵類似,同時有軌電車的運行速度也能達到很高以滿足更高要求的運行間隔,此時為保障安全,不能仍依賴于司機目視行車,建議信號系統(tǒng)可以考慮增加ATP功能,同時相應增加軌旁設備和車載設備。對于最小2mmi的行車間隔要求,甚至可以考慮增加ATO系統(tǒng)以滿足相應需求。

(2)半獨立路權是通過在有軌電車線路周圍設置柵欄等方式實現(xiàn)其運行通道的獨立,但有軌電車與其他交通仍存在共用平交路口,影響交通擁堵狀況。這種路權模式沒有獨立路權的有軌電車速度快,但考慮到存在較長的封閉路段,建議必要時加入點式nTo系統(tǒng),實現(xiàn)對司機駕駛時的超速防護功能,以保障行車安全。

(3)非獨立路權是有軌電車線路完全與車輛、行人混行,運行速度較低,依靠司機目視行車,完全由司機保障行車安全,運行效率比較低,因此一般采用傳統(tǒng)的有軌電車信號系統(tǒng),僅對路口和道岔區(qū)實施防護。

2.2列車定位

結合現(xiàn)代有軌電車的運營場景和需求,有軌電車的定位一般可以采取三種方式:GPS/BD(北斗)定位、車載編碼里程計和應答器、基于計軸設備的列車檢測。

美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)以及我國自主開發(fā)的北斗衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)(BD)等均可實現(xiàn)定位功能,定位方式較為成熟,實現(xiàn)容易,定位精度基本滿足功能需求,工程費用相對較低。但在隧道地段或通過立交橋下方時會臨時失去定位信號,可根據(jù)列車速度通過軟件擬合估算列車位置,待接收到信號后能立即得到校正。這種方式可以實時反映列車位置,投資少,減小了建設和維護工作量,利于本工程景觀建設,適用于列車位置信息不用于列控、定位精度要求不高的有軌電車線路。

車載編碼里程計和應答器的定位方式在國鐵和地鐵上均有廣泛應用。該方案由應答器報文提供基準里程,加上列車走行距離構成列車的實時位置,每經過一次應答器即可校正一次測量位置,消除因儀表誤差、車輪打滑或空轉、輪徑損耗等產生的測距誤差。若采用100%低地板的有軌電車,車載專用里程計的安裝空間會受到限制,同時區(qū)間需要增加應答器,提高了成本。這種方式適用于列車位置定位同時參與列車控制的速度較高、行車間隔要求比較高,需要納入列控系統(tǒng)的獨立路權有軌電車線路。

基于計軸設備的列車檢測是通過檢測列車經過線路上某一點(計軸點)的車軸數(shù)量,以確定兩個計軸點之間軌道區(qū)段的占用/出清情況。計軸設備只能檢測到列車位置,同時投資相對較高,維護檢修困難,不能實時在線反映列車位置。這種方式適用于采用點式ATP以計軸檢測列車位置信息的線路。

2.3車地信息傳輸

現(xiàn)代有軌電車通過道岔時,需要提供列車與軌旁道岔控制箱的無線傳輸通道以實現(xiàn)列車對道岔的遙控功能。這種車地信息傳輸通常采用基于感應環(huán)線的傳輸和基于無線擴頻的傳輸方式。

基于感應環(huán)線的方式需在道床上設置感應電纜環(huán)線,可實現(xiàn)車地雙向通信,是一種局部通信方式,安裝在軌道中間,不易受到破壞,但當遙控道岔時,司機對列車所處的位置不好把控。

基于無線擴頻的傳輸方式是采用2.43Hz或5.83Hz頻段的車地通信,這種方式抗干擾能力強,誤碼率低,同時軌旁只需安裝無線發(fā)送接收天線和設備,但這種方式需要列車在接近道岔時先建立與控制箱的連接才能實現(xiàn)對道岔的遙控,因此存在一定的延時。

這兩種方式在成本上基本持平,需根據(jù)具體線路條件和運營需求進行比選。

2.4列車與控制中心信息傳輸

列車與控制中心間無需傳輸列控信息,交互的信息量較少,主要包括行車計劃、列車位置、列車運行方向和運行速度等信息。通常比較可行的列車與控制中心的信息傳輸方案有以下幾種:

(1)信號專用無線局域網(wǎng)方案:采用無線電臺、裂縫波導管和漏泄電纜等通信媒介,使地面設備與車載設備之間進行實時、雙向、可靠數(shù)據(jù)通信,從而實現(xiàn)列車與地面信息傳輸。需在沿線設置多個無線接入點,建設成本相對較高,適用于傳輸數(shù)據(jù)量較大的列控信息的場合,目前在地鐵中運用較多。

(2)利用通信系統(tǒng)無線網(wǎng)絡方案:利用通信系統(tǒng)無線網(wǎng)絡提供專業(yè)的數(shù)據(jù)通道是比較經濟和可靠的方案,提供穩(wěn)定連接和較少干擾的同時能有效降低投資費用,帶寬比較固定,適合交互信息較少、無需傳輸列控信息的場合。

(3)租用公網(wǎng)方案:通常采用租用GSM、GPRS或CDMA三種公網(wǎng)的方式進行車地通信,這種方式成本最省,但無法持續(xù)通信,信息傳送傳輸?shù)膶崟r性和可靠性較差,同時在信號覆蓋較弱或人口密集的場合會出現(xiàn)無法連接網(wǎng)絡的情況,從而給有軌電車的運行帶來安全隱患。

3結語

綜上所述,現(xiàn)代有軌電車具有經濟美觀、節(jié)能環(huán)保和運量適中等特點,我們必須結合有軌電車線路的運行場景和工程條件等需求,同時針對各關鍵技術進行對比分析,才能設計出真正適用于不同有軌電車線路的可靠的信號系統(tǒng)方案,以保障運營安全和效率。