摘要：有軌電車作為城市公共交通的重要組成部分，其信號(hào)系統(tǒng)的效率和可靠性直接影響城市交通的整體流暢性和安全性。傳統(tǒng)的信號(hào)系統(tǒng)多采用集中控制方式，但隨著城市擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的增加，單一的集中控制模式已經(jīng)難以滿足所有的運(yùn)營(yíng)需求。因此，引入分布式控制，提高系統(tǒng)對(duì)局部故障的耐受性和自主調(diào)度能力變得尤為重要。然而，如何在集中控制和分布式控制之間根據(jù)實(shí)際情況靈活切換，是提升有軌電車信號(hào)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：有軌電車集中控制分布式控制轉(zhuǎn)換機(jī)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

有軌電車為城市提供了環(huán)保、高效且成本較低的出行選項(xiàng)，可減輕城市交通擁堵和環(huán)境污染，帶動(dòng)沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提升城市的商業(yè)活力和房地產(chǎn)價(jià)值 。而有軌電車益處的發(fā)揮需要高效、安全地調(diào)度和管理運(yùn)營(yíng)，這就需要配以精確的有軌電車信號(hào)系統(tǒng)，準(zhǔn)確控制運(yùn)行時(shí)間和路線，優(yōu)化交通流，減少擁堵，提高整個(gè)城市交通系統(tǒng)的效率，實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理車輛運(yùn)行狀態(tài)，確保行車安全 。有軌電車信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)還考慮了高度的可靠性和可維護(hù)性，即使在極端或不利條件下也能穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)便于日常的維護(hù)和故障排除，減少了運(yùn)營(yíng)中斷的時(shí)間和成本，因此，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提升了城市交通管理現(xiàn)代化、智能化水平。

1有軌電車信號(hào)系統(tǒng)

1.1有軌電車信號(hào)系統(tǒng)的基本組成

有軌電車信號(hào)系統(tǒng)是確保行車安全的關(guān)鍵技術(shù)組成部分，符合“故障-安全”原則，具備高安全性、可靠性、可用性和可維護(hù)性等特點(diǎn)。該系統(tǒng)主要由4個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理子系統(tǒng)、正線道岔控制子系統(tǒng)、平交路口信號(hào)優(yōu)先控制子系統(tǒng)和車載子系統(tǒng)。運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理子系統(tǒng)位于調(diào)度中心，通過(guò)與其他子系統(tǒng)接口，實(shí)時(shí)監(jiān)視列車及軌旁設(shè)備狀態(tài)，下發(fā)控制命令，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)營(yíng)的實(shí)時(shí)調(diào)度[1]。正線道岔控制子系統(tǒng)通過(guò)道岔控制器和其他設(shè)備，按既定程序控制道岔和信號(hào)機(jī)，確保列車安全進(jìn)路。平交路口信號(hào)優(yōu)先控制子系統(tǒng)通過(guò)路口控制器和車地通信，判斷列車位置和運(yùn)行狀態(tài)，與交通燈系統(tǒng)協(xié)同，實(shí)施信號(hào)優(yōu)先控制。車載子系統(tǒng)包括車載主機(jī)、顯示終端和其他設(shè)備，為司機(jī)提供駕駛輔助信息和進(jìn)路控制功能。

1.2系統(tǒng)功能分析

有軌電車信號(hào)系統(tǒng)包含多種復(fù)雜的子系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都設(shè)計(jì)用于提高整體的運(yùn)行效率、安全性和可靠性。道岔控制系統(tǒng)使車載子系統(tǒng)能夠通過(guò)車地通信設(shè)備發(fā)送進(jìn)路辦理命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)道岔的自動(dòng)或人工控制；平交路口信號(hào)優(yōu)先控制則通過(guò)車載子系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)（Operation and Dispatch Management System，ODMS ）的交互，根據(jù)列車位置自動(dòng)或人工優(yōu)先處理平交路口的信號(hào)，確保列車順暢通過(guò)，提高了行車效率和交叉路口的安全性。列車定位系統(tǒng)采用組合定位算法，結(jié)合信標(biāo)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）和測(cè)速測(cè)距技術(shù)，精確地確定列車的位置，高精度的定位系統(tǒng)可保證列車按正確路線運(yùn)行，防止碰撞。車載駕駛機(jī)界面（Driver Machine Interface， DMI）和輔助駕駛功能是車載子系統(tǒng)的重要組成部分，提供速度、距離、設(shè)備狀態(tài)和安全警告等關(guān)鍵信息，幫助司機(jī)更好地掌握行車狀態(tài)，同時(shí)提供聲光報(bào)警以提醒司機(jī)及時(shí)應(yīng)對(duì)可能的安全隱患[2]。

1.3現(xiàn)有系統(tǒng)中集中控制與分布式控制的應(yīng)用

有軌電車信號(hào)系統(tǒng)中，集中控制系統(tǒng)通過(guò)集中化的管理樞紐，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一監(jiān)控和調(diào)度，能提供全局視角的運(yùn)營(yíng)決策和高效的資源配置，其核心在于數(shù)據(jù)集中處理和指揮調(diào)度中心的集權(quán)化管理。相對(duì)而言，分布式控制系統(tǒng)則強(qiáng)調(diào)在本地節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)決策自主性，每個(gè)控制單元都能根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獨(dú)立完成控制任務(wù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，基于分散處理信息和決策，降低了對(duì)中心節(jié)點(diǎn)的依賴，提高了系統(tǒng)的故障容錯(cuò)性和擴(kuò)展性，可以有效減少通信延遲，提升響應(yīng)速度。

2集中控制與分布式控制的區(qū)別

2.1對(duì)比分析

集中控制與分布式控制是現(xiàn)代控制系統(tǒng)中兩種基本的架構(gòu)形式，二者在功能分配、資源管理和決策執(zhí)行方面具有根本的差異。集中控制模式下，所有的決策和控制任務(wù)由單一中心點(diǎn)或少數(shù)幾個(gè)中心執(zhí)行，便于監(jiān)督和管理大規(guī)模系統(tǒng)的統(tǒng)一運(yùn)作，易于實(shí)施統(tǒng)一的政策和標(biāo)準(zhǔn)，適用于環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定、可預(yù)測(cè)性高的場(chǎng)景。但可能導(dǎo)致信息處理瓶頸，增加系統(tǒng)對(duì)中心節(jié)點(diǎn)的依賴，一旦中心出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性可能受到影響。分布式控制則是指控制權(quán)分散至多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有一定的自主決策能力，提高了系統(tǒng)的彈性和容錯(cuò)性，適合于環(huán)境動(dòng)態(tài)變化、需要快速本地響應(yīng)的應(yīng)用[3]。分布式控制應(yīng)用過(guò)程中也面臨有待解決的問(wèn)題，如節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)一致性保證較為復(fù)雜，可能需要更多的通信資源和復(fù)雜的協(xié)調(diào)機(jī)制。有軌電車信號(hào)系統(tǒng)等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用中，選擇集中控制還是分布式控制需基于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性、安全性和成本效益的綜合考量。有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往需要在集中與分布的優(yōu)勢(shì)之間尋找平衡點(diǎn)，以適應(yīng)不斷變化的技術(shù)和運(yùn)營(yíng)環(huán)境需求。

2.2有軌電車信號(hào)系統(tǒng)控制方式適用場(chǎng)景

有軌電車信號(hào)系統(tǒng)中，集中控制和分布式控制各自適用于不同的運(yùn)營(yíng)和管理場(chǎng)景，集中控制系統(tǒng)適用于規(guī)模相對(duì)集中且運(yùn)營(yíng)線路較短的有軌電車網(wǎng)絡(luò)，適合于需要高度協(xié)調(diào)一致性的城市或區(qū)域。集中控制能優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，通過(guò)中心化的調(diào)度中心快速響應(yīng)各類運(yùn)營(yíng)變化和緊急情況，保持服務(wù)的連貫性和可靠性，如在城市中心或人口密集區(qū)域的有軌電車系統(tǒng)，集中控制可以更好地進(jìn)行交通流的優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)刻表控制和高頻率調(diào)度[4]。分布式控制則更適合于地理分布廣泛或線路復(fù)雜的有軌電車系統(tǒng)，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)部署自治的控制單元，每個(gè)單元負(fù)責(zé)特定區(qū)域的信號(hào)和調(diào)度任務(wù)，提高了系統(tǒng)的彈性和抗干擾能力。分布式控制減少了中心處理壓力和通信延時(shí)，適用于覆蓋面廣、節(jié)點(diǎn)多的運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)，如跨城市或區(qū)域邊界的有軌電車系統(tǒng)。

2.3集中控制、分布式控制轉(zhuǎn)換機(jī)制的必要性

有軌電車信號(hào)系統(tǒng)中，實(shí)施集中控制與分布式控制轉(zhuǎn)換機(jī)制能有效地結(jié)合兩種控制模式的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)對(duì)不同運(yùn)營(yíng)環(huán)境和突發(fā)情況的適應(yīng)能力。轉(zhuǎn)換機(jī)制使得有軌電車信號(hào)系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)條件和外部環(huán)境變化，在集中與分布式控制之間動(dòng)態(tài)切換，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。例如 ：正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，系統(tǒng)可能傾向于使用集中控制以保證高效率和低成本；而在遇到單點(diǎn)故障或需要快速局部響應(yīng)時(shí)，則自動(dòng)切換至分布式控制，以利用其高容錯(cuò)性和快速的局部決策能力。因此，集中控制與分布式控制的轉(zhuǎn)換機(jī)制提升了有軌電車信號(hào)系統(tǒng)的操作靈活性和應(yīng)急響應(yīng)能力，也增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)對(duì)未來(lái)的技術(shù)變革和運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)有軌電車網(wǎng)絡(luò)在不斷變化的城市交通環(huán)境中的持續(xù)適應(yīng)和發(fā)展。

3有軌電車控制方式轉(zhuǎn)換機(jī)制的設(shè)計(jì)

3.1列車進(jìn)路控制功能

根據(jù)線路設(shè)計(jì)，一般只在道岔區(qū)域設(shè)置進(jìn)路，站間運(yùn)行間隔由司機(jī)負(fù)責(zé)安全。列車正常運(yùn)行時(shí)，控制中心將編排計(jì)劃時(shí)刻表并對(duì)每列車分配列車識(shí)別號(hào)。每日運(yùn)營(yíng)準(zhǔn)備階段由運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)向車載系統(tǒng)發(fā)送當(dāng)日運(yùn)營(yíng)計(jì)劃時(shí)刻表[5]。進(jìn)路控制模式包括：運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理自動(dòng)控 制、運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理人工控制、車載自動(dòng)控制、車載人工控制，其中，運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理自動(dòng)控制是指當(dāng)列車接近岔區(qū)時(shí)，運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)根據(jù)目的地號(hào)和時(shí)刻表自動(dòng)排列進(jìn)路；運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理人工控制是指系統(tǒng)支持中心操作員人工設(shè)置進(jìn)路；車載自動(dòng)控制是當(dāng)進(jìn)路控制權(quán)屬于車載子系統(tǒng)時(shí)，車載子系統(tǒng)可根據(jù)列車目的地號(hào)或默認(rèn)的計(jì)劃信息進(jìn)行排路；車載人工控制則是由司機(jī)通過(guò)按壓車載按鈕遙控選路。

3.2集中式控制模式

運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)將根據(jù)列車位置、列車目的地號(hào)、列車運(yùn)行方向以及列車進(jìn)入辦理進(jìn)路的觸發(fā)位置信息自動(dòng)生成設(shè)置進(jìn)路命令，并將命令發(fā)送至道岔控制系統(tǒng)。發(fā)送命令前運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理子系統(tǒng)完成檢測(cè)到觸發(fā)點(diǎn)被列車占用、檢查列車具有目的地號(hào)、檢查進(jìn)路滿足有效性條件[6]。上述條件滿足后，系統(tǒng)自動(dòng)生成進(jìn)路命令并發(fā)送給道岔控制系統(tǒng)，根據(jù)道岔控制系統(tǒng)的反饋顯示進(jìn)路狀態(tài)。同時(shí)運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)記錄自動(dòng)設(shè)置進(jìn)路的事件。

集中控制模式下系統(tǒng)提供人工進(jìn)路功能。當(dāng)需要為有軌電車正線上的列車人工建立其前方運(yùn)行進(jìn)路時(shí)，運(yùn)營(yíng)調(diào)度操作員可通過(guò)操作運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)工作站站場(chǎng)圖界面中的進(jìn)路始端信號(hào)機(jī)下發(fā)“設(shè)置進(jìn)路”命令，形成人工設(shè)置進(jìn)路命令消息發(fā)送至道岔控制系統(tǒng)。運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)收到道岔控制系統(tǒng)執(zhí)行后的處理結(jié)果，完成該功能。

3.3分布式控制模式

車載系統(tǒng)在道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)關(guān)聯(lián)的預(yù)告點(diǎn)處開(kāi)始向正線道岔控制系統(tǒng)發(fā)送進(jìn)路辦理命令，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)路自動(dòng)控制功能。車載系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃自動(dòng)向正線道岔控制系統(tǒng)發(fā)送進(jìn)路辦理命令

分布式控制模式下，系統(tǒng)同樣提供人工進(jìn)路功能。當(dāng)需要車載人工設(shè)置進(jìn)路時(shí)，有軌電車運(yùn)行至道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)外方的接近點(diǎn)處并處于停穩(wěn)狀態(tài)。司機(jī)可以按壓車載DMI上的虛擬按鈕（直向、左向、右向、取消，按鈕都為自復(fù)式）。

當(dāng)通過(guò)DMI的虛擬按鈕辦理或取消進(jìn)路時(shí)，無(wú)論電車為何種控制模式，以人工操作優(yōu)先。車載系統(tǒng)收到相應(yīng)信息后，將控制命令轉(zhuǎn)化為進(jìn)路辦理命令發(fā)送給正線道岔控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)時(shí)明確各種模式的優(yōu)先級(jí)按照人工優(yōu)先于自動(dòng)、本地優(yōu)先于中心原則處理。

3.4集中控制與分布式控制轉(zhuǎn)換觸發(fā)條件

當(dāng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)故障或通信中斷時(shí)，車載系統(tǒng)與運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)無(wú)報(bào)文累積時(shí)間超過(guò)最大允許延遲時(shí)間時(shí)，車載系統(tǒng)判斷與運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)通信中斷，自動(dòng)轉(zhuǎn)化為車載自動(dòng)控制模式。

系統(tǒng)同時(shí)提供控制模式人工轉(zhuǎn)換功能。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)正常時(shí)候操作員可選擇列車車次窗的右鍵菜單釋放或回收控制權(quán)。釋放或回收控制權(quán)命令發(fā)送至車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)模式命令，轉(zhuǎn)化為車載控制模式或中心控制模式并反饋給運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，有軌電車信號(hào)系統(tǒng)的集中控制與分布式控制轉(zhuǎn)換機(jī)制整合先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)管理工具，實(shí)現(xiàn)了控制模式的智能切換，提高了有軌電車系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)靈活性，增強(qiáng)了對(duì)不確定性和異常條件的應(yīng)對(duì)能力。實(shí)施結(jié)果表明，此轉(zhuǎn)換機(jī)制能夠有效地優(yōu)化資源分配，提升系統(tǒng)的整體性能和安全性。

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