有轨信号控制系统的研究与实现

有轨信号控制系统的研究与实现
摘要：新型有轨电车是未来城市轨道交通发展的重要方向。

信号系统是有轨电
车的重要组成部分，保障列车的安全和运营的效率。

本文介绍了新型有轨电车的
特点，分析了新型有轨电车的行车安全控制方案。

关键词：有轨电车；信号控制系统；研究与实现
现代有轨电车可建设于一线城区郊区，作为城市轨道交通的补充，也可建设
于二三线城市主城区，作为主要交通方式。

有轨电车线路可不完全封闭，可与汽
车和行人共享路权，极大的节约了城市用地和建筑成本，为现代城市交通建设提
供了一项全新的轨道交通选择。

现代有轨电车作为城市新型的绿色轨道交通方式，已完成了从传统到现代化的转变，正在国内许多城市得到应用。

1.现代有轨电车的路权
现代有轨电车沿轨道运行，其路权直接影响着有轨电车运行的安全和效率，
并决定着有轨电车的运行控制模式。

所谓路权，是指交通参与者根据交通法规的
规定，在一定空间和时间内使用道路的权利。

有轨电车的路权，是指经过交通管
理部门确认的，符合相关交通管理法律法规的，为有轨电车规定的，在专门时间
和范围内使用专用通道的权利。

有轨电车的路权一般可划分为A、B、C 3 个级别。

1）A 级别的路权不允许有平面交叉口，在法规上不允许任何其他车辆或行人
进入，即全封闭专用道，在形式上可以是隧道、高架桥或在地面上隔离出的通道。

轻轨、地铁系统均采用 A 级别路权。

2）B 级别的路权沿着其通路拥有与其他交通方式的物理隔离措施，如路缘石
或栅栏等，但其与其他交通方式（机动车、行人）有平面交叉。

较多的不同级别
的平交道口防护和不同的有轨电车运营组织方式，易造成各种交通方式的相互影响，甚至造成交通拥堵。

该级别路权相对 A 级别路权对有轨电车的运营安全和运
营效率有一定影响。

3）C 级别的路权指各种交通模式混行的通道，有轨电车可以拥有非物理隔离
的保留车道，也可能是在普通车道上运营。

众多的平交道口和与机动车混行，不
仅使有轨电车运行速度受到限制，而且完全依靠司机目视行车，特别是在夜间或
恶劣天气下的目视行车，保障基本的运营安全和运行顺畅是司机的主要职责，该
级别路权相对 B 级别路权对有轨电车的运营安全和运营效率有更大的影响。

2. 新型有轨电车行车安全控制方案
国内目前新建的大部分有轨电车项目均采用B类路权方式。

在中心设置调度
指挥系统，轨旁配置路口优先控制系统，道岔控制系统，在车上安装车载控制系统。

在目视行车的前提下，司机根据调度指挥和线路上的信号设备状态行车。

对
于采用Ｂ类路权的有轨电车，由于依靠司机人工目视驾驶，只需按照基本的交通
规则运营即可，无需增设特殊的信号控制设备。

2.1 目视行车
在拥有相对路权的情况下，有轨电车司机依靠目视行车。

由于可能有行人，
社会车辆等侵入有轨电车线路，司机需时刻关注线路前方的运行安全。

从安全的
角度出发，该模式下的有轨电车要满足以下要求：
1)有轨电车司机应具有丰富的驾驶经验，对前方目标的距离及速度判断准确；
2)有轨电车的最高速度必须限制在 60km/h 以下，以确保有轨电车能及时停车；
3)在考虑舒适性的前提下，有轨电车的制动率要大，制动距离要求尽可能短。

2.2 新型有轨电车信号系统控制功能设计
现代有轨电车运行在城市道路中，与行人和公路车辆混行，是城市公共交通
的重要组成部分。

新型有轨电车控制系统包括车载和轨旁两大部分。

车载部分包
括车载控制子系统，司机显示界面和车载通信子系统；轨旁部分包括正线道岔控
制子系统、车辆段联锁子系统，中心调度指挥子系统，路口优先子系统和轨旁通
信子系统。

车载部分主要用于辅助驾驶员驾驶列车，轨旁部分主要用于有轨电车
线路的管理，包括信号管理、计划管理、设备管理、路口信号管理和通信管理等。

中心调度指挥系统根据调度员的选择，确定当天的运营计划，并发送给车载
子系统。

车载子系统分析计算运营信息后，在司机显示界面上，向司机显示当前
的运营信息，如当前站，下一站，目的地等，辅助司机运行。

车载子系统读取里程计计数和布置于轨旁的信标数据，计算列车位移和定位
列车位置。

并将列车的速度、位移、位置和列车状态信息发送给中心调度指挥系统，以便于调度员了解当前线上列车运行状态，综合控制调度。

车载子系统可以
计算列车当前的超速状态，通过司机显示界面，提示司机，以辅助司机驾驶。

在
道岔前方，车载子系统可根据计划信息，计算并下发前方进路办理命令给道岔控
制子系统。

在路口前方，车载子系统根据计划信息，申请前方路口优先。

道岔控制子系统，可根据收到的调度指挥子系统和车载子系统的消息管理道岔，包括办理或取消进路。

现代有轨电车交通与城市道路交通（机动车、行人）有平面交叉，不同级别
的平交道口不可避免的会对有轨电车连续运行造成影响，有轨电车信号控制系统
必须增加路口优先子系统。

路口优先子系统根据有轨电车优先同行的原则，在收
到来自调度指挥子系统和车载子系统的路口优先请求后，综合考虑路口社会车辆
的车流因素，以及道路交通整体通行效率最高目标，计算路口优先策略。

在保证
有轨电车交通畅通的前提下尽量减少其对城市道路交通的影响。

路口优先功能是
新型有轨电车控制系统的重要功能，也是区别于传统有轨电车控制系统的独特功能。

3. 新型有轨电车信号系统构成
3.1 正线道岔控制
正线道岔控制包括信号机包括集中控制和司机遥控两种控制方式。

1）集中控制：有轨电车接近道岔区域时，轨道占用检测设备检测出有轨电
车位置，并通过车地双向通信设备获得有轨电车运行信息，发送至控制中心，控
制中心根据有轨电车信息远程控制转辙机自动办理相应进路；
2）司机遥控：司机驾驶有轨电车进入道岔控制区域后自动取得控制权，通
过操作车载设备遥控道岔转动至需要的位置，道岔自动锁闭、信号开放，车辆驶
出道岔控制区域后自动失去控制权。

3.2 路口优先控制
1）主干路与主干路平交道口，即城市道路的交通流量与现代有轨电车正线的交通流量相当的平交道口。

该类型平交道口控制设备的设置原则应在确定有轨电
车按规定速度通过平交道口的最少绿灯时间的前提下，采用常规信号控制并保证
有轨电车在平交道口顺利通过，简称最少绿灯原则；
2）主干路与次干路平交道口，即城市道路的交通流量小于现代有轨电车正线交通流量但相差不大的平交道口。

该类型平交道口控制设备需协调主干路与次干
路的地面交通关系，允许有轨电车相对优先通行。

即与有轨电车行车方向相应的
城市道路交通信号已亮红灯或黄灯时，保持原有城市道路信号控制方式不变。

若
有轨电车到达平交道口时相应的城市道路信号已为绿灯，则延长绿灯时间，直到
有轨电车通过道口，实现有轨电车相对优先通行的同时尽量减少对次干路交通的
影响，简称相对优先通行原则；
3.3 车载设备
车载设备主要由车地双向无线通信设备、车载天线、主机、GPS 终端、司机
显示单元等构成。

车载设备通过 GPS、列车位置检测设备、传感器等实现有轨电
车的组合定位，并以无线通信方式实时将定位信息发送至控制中心。

车载设备实
时接收控制中心的运行间隔计划，并实时显示当前电车位置、前后车车距和车速、进路表示器和道岔定反位状态等信息，当前后车距和车速不满足设定的行车安全
要求时进行报警提示。

4. 结语
随着城市化进程的加快，城市交通拥堵问题日渐凸显，地铁、轻轨虽然能缓
解城市交通压力，但是建造成本高昂。

新型有轨电车凭借其造价低、换乘方便等
优势再次成为了轨道交通领域关注的热点。

信号系统是轨道交通的重要组成部分，鉴于新型有轨电车具有平均站间距小、发车密度大，但工程投资较少等特点，因
此有轨信号控制系统的研究有着重要的意义。

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