趙正平 于天澤 于佳亮

20世紀(jì)70年代以來，歐洲發(fā)達(dá)國家重新將大容量的軌道交通作為發(fā)展城市公共交通的重點(diǎn)。在歐洲、大洋洲和美洲，有軌電車在不同規(guī)模的城市運(yùn)用非常廣泛，現(xiàn)代有軌電車已成為中小城市和大城市郊區(qū)公共交通的新興骨干模式。

在中國，現(xiàn)代有軌電車雖然起步較晚，但發(fā)展勢(shì)頭很猛。特大城市的周邊地區(qū)和中小城市，現(xiàn)代有軌電車以其便捷性、舒適性及美觀性受到市民和政府的肯定。上海、天津、大連等數(shù)個(gè)城市已經(jīng)運(yùn)用多年，沈陽、蘇州、廣州等城市也在大力建設(shè)或啟動(dòng)有軌電車項(xiàng)目。

現(xiàn)代有軌電車的路權(quán)形式有多種，例如，專用路權(quán)的有軌電車 (Metrotram)、部分專用路權(quán)和無專用路權(quán)的有軌電車、與鐵路共享路權(quán)的有軌電車(Tramtrain)等。其中，不具有專用路權(quán)的現(xiàn)代有軌電車，由于投資少見效快，受到了各地政府的高度關(guān)注，陸續(xù)有多個(gè)城市啟動(dòng)了大規(guī)模的有軌電車建設(shè)程序。

有軌電車的種類也分為客運(yùn)和貨運(yùn) (Cargot ram)等。特別是近年來新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，有力推動(dòng)了有軌電車的運(yùn)用和發(fā)展。例如，第三軌供電技術(shù)、單軌導(dǎo)向橡膠輪胎、低地板車輛以及信號(hào)與行車管理技術(shù)的進(jìn)步等，可以代表現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1 現(xiàn)代有軌電車信號(hào)系統(tǒng)

從規(guī)范的意義來講，現(xiàn)代有軌電車需要一種適應(yīng)特定混合路權(quán)的應(yīng)用環(huán)境，采用計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有軌電車的運(yùn)行控制系統(tǒng)。就現(xiàn)狀來分析，該系統(tǒng)包括以下幾部分:運(yùn)營調(diào)度指揮系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)、軌旁控制系統(tǒng)和站場(chǎng)控制系統(tǒng)、路口優(yōu)先系統(tǒng)、追蹤監(jiān)督系統(tǒng)等。其基礎(chǔ)部件主要包括:道岔驅(qū)動(dòng)設(shè)備、信號(hào)顯示設(shè)備、各種傳感器件 (位置、速度、狀態(tài)等)、車-地通信設(shè)備、綜合監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備、車載控制設(shè)備、車載調(diào)度跟蹤設(shè)備和顯示及操作終端等。有軌電車信號(hào)與行車管理系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

有軌電車的行車路權(quán)直接影響有軌電車運(yùn)行的效率和安全，并決定著有軌電車的行車管理方式和信號(hào)控制模式。根據(jù)美國運(yùn)輸研究學(xué)會(huì)的建議，軌道交通路權(quán)分類表如表1所示，可將軌道交通系統(tǒng)的路權(quán)劃分為3種形式9個(gè)類別。

圖1 有軌電車信號(hào)與行車管理系統(tǒng)構(gòu)成圖

表1 軌道交通路權(quán)分類表

在國內(nèi)外的工程實(shí)踐中，地鐵和輕軌系統(tǒng)廣泛采用A類路權(quán)，而對(duì)于有軌電車，可以采用多種路權(quán)形式。為節(jié)省投資和運(yùn)營成本，大多數(shù)采用C類路權(quán)，部分路段采用B類路權(quán)。在專有的信號(hào)控制與行車管理方式下，可以有效地提高運(yùn)輸效率和保證運(yùn)營安全性。

本文所述的現(xiàn)代有軌電車信號(hào)與行車管理技術(shù)，是特指適用于具有B類和C類路權(quán)的有軌電車信號(hào)與控制系統(tǒng)。

2 現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

目前，有的設(shè)計(jì)單位將有軌電車運(yùn)行控制系統(tǒng)與地鐵信號(hào)系統(tǒng)等同看待，甚至采用地鐵信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和安全標(biāo)準(zhǔn)，來要求現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行控制系統(tǒng)。這將不必要地提高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，大幅度地提高建設(shè)投資和運(yùn)營成本。但是，也有不同的意見，諸如:提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和安全要求是有利的;不需要信號(hào)系統(tǒng)等情況。因此，需要分析論證地鐵信號(hào)系統(tǒng)與現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行控制系統(tǒng)的差別，其實(shí)質(zhì)是對(duì)專用路權(quán)和非專用路權(quán)有軌電車運(yùn)行控制系統(tǒng)的合理區(qū)分及定位。

具有專用路權(quán)的地鐵和輕軌信號(hào)系統(tǒng)，是地鐵和輕軌運(yùn)行系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)技術(shù)裝備之一，直接影響到運(yùn)營的效率和安全。地鐵信號(hào)系統(tǒng)一般亦可稱為具有移動(dòng)閉塞功能的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)，可以由四大系統(tǒng)組成:計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng) (SICAS)、列車自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng) (ATP)、列車自動(dòng)駕駛系統(tǒng) (ATO)和列車自動(dòng)監(jiān)督系統(tǒng) (ATS)。

現(xiàn)代有軌電車信號(hào)系統(tǒng)與地鐵信號(hào)系統(tǒng)的主要區(qū)別體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

1.控制及管理對(duì)象的運(yùn)行模式差異顯著。以列車、車輛行駛路權(quán)為例，地鐵列車具有“獨(dú)享”的專用路權(quán)，而現(xiàn)代有軌電車則主要是“非專用路權(quán)”或“混合路權(quán)”。因此，不能直接采用與地鐵相同的信號(hào)方式及系統(tǒng)，不能照搬地鐵的ATO、ATP運(yùn)行模式。國外普遍采用類似于地鐵的“無ATP的人工駕駛模式”(在地鐵屬于非常規(guī)模式)，如西門子公司的“警告狀態(tài)下行駛的信號(hào)技術(shù)系統(tǒng)”，甚至不需要專門的信號(hào)及控制系統(tǒng) (傳統(tǒng)電車)。

2.世界上多數(shù)國家普遍將有軌電車包含在道路機(jī)動(dòng)車范圍內(nèi)，適用于國家的道路交通法。例如，英國國家鐵路標(biāo)準(zhǔn) (國家鐵路監(jiān)督管理辦公室ORR)定義了有軌電車的3種線路形式:開放、半隔離、封閉 (包括懸浮、高架)。并規(guī)定在前2種線路形式情況下采用目視駕駛;第3種路形采用目視與信號(hào)結(jié)合駕駛方式。如此規(guī)范的核心正是與地鐵信號(hào)系統(tǒng)的關(guān)鍵差別:保證安全的手段主要是靠駕駛者 (人工方式)，而不是依賴于信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)。

3.ORR規(guī)范了目視駕駛的含義:有軌電車車輛可以通過駕駛者人工制動(dòng)剎車，在前方障礙時(shí)，以預(yù)期速度停車，而不需要或不強(qiáng)制要求自動(dòng)停車?？刂朴熊夒娷囘\(yùn)行的主要目的是:防止碰撞、防止在臨界點(diǎn)或道岔上的脫軌 (當(dāng)目視駕駛時(shí)，其前進(jìn)信號(hào)與道路交通信號(hào)相似)。

4.受路權(quán)以及運(yùn)用環(huán)境的限制，有軌電車行駛過程中的道岔控制和信號(hào)表示，可以分布式就地控制，特別是可以通過運(yùn)行車輛 (駕駛者)自主發(fā)送進(jìn)路控制指令或控制道岔動(dòng)作，并且通常是常態(tài)或標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)方式。而這種方式在地鐵信號(hào)中是絕對(duì)禁止的。此外，有軌電車軌旁信號(hào)設(shè)備的安裝與地鐵有較大的不同。例如轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)備等，必須安裝在道路平面以下;地鐵普遍采用的軌道電路方式，在現(xiàn)代有軌電車領(lǐng)域也受到極大地限制。

5.有軌電車信號(hào)系統(tǒng)要考慮與交警部門管理的道路交通信號(hào)相結(jié)合，必須遵循道路交通信號(hào)行車 (也可以采用有軌電車優(yōu)先處理)，而地鐵信號(hào)系統(tǒng)則不存在類似問題。

6.工程造價(jià)方面 (單位經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo))，現(xiàn)代有軌電車信號(hào)系統(tǒng)明顯低于地鐵信號(hào)系統(tǒng) (三分之一以下)。

上述差別和特點(diǎn)，決定了現(xiàn)代有軌電車信號(hào)與行車管理系統(tǒng)，不能直接采用地鐵和一般的軌道交通信號(hào)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也不宜直接采用與地鐵信號(hào)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的安全完整性認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。因此，必須盡快研究或采用更加適用、更有針對(duì)性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和技術(shù)規(guī)范。

3 典型現(xiàn)代有軌電車信號(hào)系統(tǒng)的主要技術(shù)方案

在歐洲，西門子交通技術(shù)集團(tuán)提出一種模塊化的有軌電車信號(hào)系統(tǒng)，它基于信號(hào)、通信和運(yùn)行控制技術(shù)，能夠適合不同運(yùn)營要求，提供低成本的解決方案。與傳統(tǒng)的地鐵信號(hào)系統(tǒng)相比，這種有軌電車信號(hào)的一個(gè)重要特點(diǎn)是由車輛自動(dòng)設(shè)置進(jìn)路，并可探測(cè)自身所處的位置。位于前方的路口和車站可提前獲得列車即將到達(dá)的通知，這樣可在路口獲得優(yōu)先通過的道岔轉(zhuǎn)換信號(hào)并更新車站的旅客信息。即使車站控制中心完全癱瘓，也能保證列車?yán)^續(xù)運(yùn)行。西門子公司提供了4套互相獨(dú)立的工作系統(tǒng):①運(yùn)行控制和行車調(diào)度系統(tǒng) (VICOSLIO);②旅客信息系統(tǒng) (Smartinfo);③警告狀態(tài)下行使的信號(hào)技術(shù)系統(tǒng);④通信設(shè)備。

道岔控制和信號(hào)顯示系統(tǒng)的請(qǐng)求是通過車輛自動(dòng)發(fā)送的，無須得到控制中心的指示。根據(jù)即將到達(dá)車輛所需要的進(jìn)路，道岔的位置可單獨(dú)進(jìn)行控制;有軌電車將其在規(guī)定行車間隔內(nèi)的確切位置傳送給運(yùn)行控制中心。實(shí)際的車輛位置由里程表脈沖發(fā)生器進(jìn)行計(jì)算，規(guī)定地點(diǎn)的確切位置通過ORBAS位置信標(biāo)傳送給車輛。

4 沈陽現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行控制系統(tǒng)

沈陽渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車一期工程是目前我國在建的最大現(xiàn)代有軌電車項(xiàng)目，其中1、2、3、5、6號(hào)線在建，4、7、8號(hào)線待建，已經(jīng)建成線路全長約62.5km，共設(shè)車站65個(gè) (含6個(gè)預(yù)留站)，1個(gè)車輛段，2個(gè)綜合交通樞紐，1個(gè)停車場(chǎng)。

沈陽現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行控制系統(tǒng) (信號(hào)工程)，其設(shè)計(jì)理念與前述西門子公司的類似，適合我國國情。該系統(tǒng)主要由正線信號(hào)系統(tǒng)、車輛段/停車場(chǎng)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)、運(yùn)營調(diào)度系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、路口優(yōu)先系統(tǒng)、車輛追蹤系統(tǒng)等構(gòu)成，如圖2所示。

正線信號(hào)系統(tǒng)由車載設(shè)備和軌旁設(shè)備組成。車載設(shè)備和軌旁控制設(shè)備采用ISM頻段的無線通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;車載設(shè)備與控制中心采用無線和有線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;軌旁控制設(shè)備采用光纖將數(shù)據(jù)傳送到控制中心。

圖2 沈陽有軌電車信號(hào)及行車管理系統(tǒng)示意圖

正線道岔部分，采用司機(jī)通過車載設(shè)備遙控道岔轉(zhuǎn)換的方式，并設(shè)置進(jìn)路表示器進(jìn)行防護(hù);當(dāng)停電及道岔故障以及運(yùn)行需要時(shí)，可轉(zhuǎn)為手動(dòng)道岔轉(zhuǎn)換。正線道岔控制系統(tǒng)分為車控模式和地控模式。車控模式是指控制點(diǎn)內(nèi)的道岔信號(hào)，全部在電車上進(jìn)行控制，電車司機(jī)通過車載操作盤操作地面信號(hào)設(shè)備;地控模式是操作人員通過地面操作按鈕，操作信號(hào)設(shè)備。當(dāng)車控模式失效對(duì)，所有區(qū)域內(nèi)的車輛都必須采用地面操作按鈕進(jìn)行操作。

車輛組合定位部分，采用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合車輪測(cè)距、位置傳感設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)車輛自主連續(xù)定位?？刂浦行目梢詫?duì)列車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)。

運(yùn)營調(diào)度輔助系統(tǒng)負(fù)責(zé)電車運(yùn)行計(jì)劃的編制和下達(dá)，指揮電車按計(jì)劃行車，并在電車運(yùn)行過程中，對(duì)電車運(yùn)行的全過程進(jìn)行跟蹤，可以自動(dòng)調(diào)整電車運(yùn)行時(shí)刻，提供司機(jī)控制或半自動(dòng)進(jìn)路控制。

運(yùn)營調(diào)度系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信服務(wù)器、培訓(xùn)服務(wù)器、通信前置機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、用戶工作站(包括調(diào)度員工作站、模擬/培訓(xùn)工作站、時(shí)刻表編輯工作站、系統(tǒng)管理員工作站等)、大屏幕接口工作站以及網(wǎng)絡(luò)通信、存儲(chǔ)和打印設(shè)備等構(gòu)成。

5 結(jié)束語

以現(xiàn)代有軌電車信號(hào)與行車管理技術(shù)為主題，針對(duì)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)、與地鐵信號(hào)系統(tǒng)的區(qū)別、目前存在的主要問題及發(fā)展設(shè)想等加以闡述，并根據(jù)典型系統(tǒng)技術(shù)方案，指出目前工程設(shè)計(jì)中的認(rèn)識(shí)差異和一些標(biāo)準(zhǔn)問題。

［1］ 林瑜筠，李鵬，李岱峰，等．鐵路信號(hào)新技術(shù)概論［M］．北京:中國鐵道出版社，2005．

［2］ 中華人民共和國鐵道部．TB10007-2006．鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．2006．

［3］ 馮琳玲，劉湘國．高速鐵路軌道電路［M］．北京:中國鐵道出版社，2011．6 ．

［4］ 黃衛(wèi)中．區(qū)域計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］．鐵道通信信號(hào)，2005，41(9):6 －10．