现代有轨电车信号系统的探讨

赵正平 于天泽 于佳亮

20世纪70年代以来，欧洲发达国家重新将大容量的轨道交通作为发展城市公共交通的重点。在欧洲、大洋洲和美洲，有轨电车在不同规模的城市运用非常广泛，现代有轨电车已成为中小城市和大城市郊区公共交通的新兴骨干模式。

在中国，现代有轨电车虽然起步较晚，但发展势头很猛。特大城市的周边地区和中小城市，现代有轨电车以其便捷性、舒适性及美观性受到市民和政府的肯定。上海、天津、大连等数个城市已经运用多年，沈阳、苏州、广州等城市也在大力建设或启动有轨电车项目。

现代有轨电车的路权形式有多种，例如，专用路权的有轨电车 (Metrotram)、部分专用路权和无专用路权的有轨电车、与铁路共享路权的有轨电车(Tramtrain)等。其中，不具有专用路权的现代有轨电车，由于投资少见效快，受到了各地政府的高度关注，陆续有多个城市启动了大规模的有轨电车建设程序。

有轨电车的种类也分为客运和货运 (Cargot ram)等。特别是近年来新技术不断涌现，有力推动了有轨电车的运用和发展。例如，第三轨供电技术、单轨导向橡胶轮胎、低地板车辆以及信号与行车管理技术的进步等，可以代表现代有轨电车系统的发展方向。

1 现代有轨电车信号系统

从规范的意义来讲，现代有轨电车需要一种适应特定混合路权的应用环境，采用计算机、通信、自动控制、物联网等技术，实现有轨电车的运行控制系统。就现状来分析，该系统包括以下几部分:运营调度指挥系统、车载控制系统、轨旁控制系统和站场控制系统、路口优先系统、追踪监督系统等。其基础部件主要包括:道岔驱动设备、信号显示设备、各种传感器件 (位置、速度、状态等)、车-地通信设备、综合监控检测设备、车载控制设备、车载调度跟踪设备和显示及操作终端等。有轨电车信号与行车管理系统构成如图1所示。

有轨电车的行车路权直接影响有轨电车运行的效率和安全，并决定着有轨电车的行车管理方式和信号控制模式。根据美国运输研究学会的建议，轨道交通路权分类表如表1所示，可将轨道交通系统的路权划分为3种形式9个类别。

图1 有轨电车信号与行车管理系统构成图

表1 轨道交通路权分类表

在国内外的工程实践中，地铁和轻轨系统广泛采用A类路权，而对于有轨电车，可以采用多种路权形式。为节省投资和运营成本，大多数采用C类路权，部分路段采用B类路权。在专有的信号控制与行车管理方式下，可以有效地提高运输效率和保证运营安全性。

本文所述的现代有轨电车信号与行车管理技术，是特指适用于具有B类和C类路权的有轨电车信号与控制系统。

2 现代有轨电车运行控制系统的特点

目前，有的设计单位将有轨电车运行控制系统与地铁信号系统等同看待，甚至采用地铁信号系统的设计标准和安全标准，来要求现代有轨电车运行控制系统。这将不必要地提高建设标准，大幅度地提高建设投资和运营成本。但是，也有不同的意见，诸如:提高设计标准和安全要求是有利的;不需要信号系统等情况。因此，需要分析论证地铁信号系统与现代有轨电车运行控制系统的差别，其实质是对专用路权和非专用路权有轨电车运行控制系统的合理区分及定位。

具有专用路权的地铁和轻轨信号系统，是地铁和轻轨运行系统中重要的基础技术装备之一，直接影响到运营的效率和安全。地铁信号系统一般亦可称为具有移动闭塞功能的列车自动控制系统(ATC)，可以由四大系统组成:计算机联锁系统 (SICAS)、列车自动防护系统 (ATP)、列车自动驾驶系统 (ATO)和列车自动监督系统 (ATS)。

现代有轨电车信号系统与地铁信号系统的主要区别体现在以下几点。

1.控制及管理对象的运行模式差异显著。以列车、车辆行驶路权为例，地铁列车具有“独享”的专用路权，而现代有轨电车则主要是“非专用路权”或“混合路权”。因此，不能直接采用与地铁相同的信号方式及系统，不能照搬地铁的ATO、ATP运行模式。国外普遍采用类似于地铁的“无ATP的人工驾驶模式”(在地铁属于非常规模式)，如西门子公司的“警告状态下行驶的信号技术系统”，甚至不需要专门的信号及控制系统 (传统电车)。

2.世界上多数国家普遍将有轨电车包含在道路机动车范围内，适用于国家的道路交通法。例如，英国国家铁路标准 (国家铁路监督管理办公室ORR)定义了有轨电车的3种线路形式:开放、半隔离、封闭 (包括悬浮、高架)。并规定在前2种线路形式情况下采用目视驾驶;第3种路形采用目视与信号结合驾驶方式。如此规范的核心正是与地铁信号系统的关键差别:保证安全的手段主要是靠驾驶者 (人工方式)，而不是依赖于信号设备系统。

3.ORR规范了目视驾驶的含义:有轨电车车辆可以通过驾驶者人工制动刹车，在前方障碍时，以预期速度停车，而不需要或不强制要求自动停车。控制有轨电车运行的主要目的是:防止碰撞、防止在临界点或道岔上的脱轨 (当目视驾驶时，其前进信号与道路交通信号相似)。

4.受路权以及运用环境的限制，有轨电车行驶过程中的道岔控制和信号表示，可以分布式就地控制，特别是可以通过运行车辆 (驾驶者)自主发送进路控制指令或控制道岔动作，并且通常是常态或标准作业方式。而这种方式在地铁信号中是绝对禁止的。此外，有轨电车轨旁信号设备的安装与地铁有较大的不同。例如转辙机设备等，必须安装在道路平面以下;地铁普遍采用的轨道电路方式，在现代有轨电车领域也受到极大地限制。

5.有轨电车信号系统要考虑与交警部门管理的道路交通信号相结合，必须遵循道路交通信号行车 (也可以采用有轨电车优先处理)，而地铁信号系统则不存在类似问题。

6.工程造价方面 (单位经济技术指标)，现代有轨电车信号系统明显低于地铁信号系统 (三分之一以下)。

上述差别和特点，决定了现代有轨电车信号与行车管理系统，不能直接采用地铁和一般的轨道交通信号设计标准，也不宜直接采用与地铁信号系统对应的安全完整性认证标准。因此，必须尽快研究或采用更加适用、更有针对性的系统设计方案和技术规范。

3 典型现代有轨电车信号系统的主要技术方案

在欧洲，西门子交通技术集团提出一种模块化的有轨电车信号系统，它基于信号、通信和运行控制技术，能够适合不同运营要求，提供低成本的解决方案。与传统的地铁信号系统相比，这种有轨电车信号的一个重要特点是由车辆自动设置进路，并可探测自身所处的位置。位于前方的路口和车站可提前获得列车即将到达的通知，这样可在路口获得优先通过的道岔转换信号并更新车站的旅客信息。即使车站控制中心完全瘫痪，也能保证列车继续运行。西门子公司提供了4套互相独立的工作系统:①运行控制和行车调度系统 (VICOSLIO);②旅客信息系统 (Smartinfo);③警告状态下行使的信号技术系统;④通信设备。

道岔控制和信号显示系统的请求是通过车辆自动发送的，无须得到控制中心的指示。根据即将到达车辆所需要的进路，道岔的位置可单独进行控制;有轨电车将其在规定行车间隔内的确切位置传送给运行控制中心。实际的车辆位置由里程表脉冲发生器进行计算，规定地点的确切位置通过ORBAS位置信标传送给车辆。

4 沈阳现代有轨电车运行控制系统

沈阳浑南新区现代有轨电车一期工程是目前我国在建的最大现代有轨电车项目，其中1、2、3、5、6号线在建，4、7、8号线待建，已经建成线路全长约62.5km，共设车站65个 (含6个预留站)，1个车辆段，2个综合交通枢纽，1个停车场。

沈阳现代有轨电车运行控制系统 (信号工程)，其设计理念与前述西门子公司的类似，适合我国国情。该系统主要由正线信号系统、车辆段/停车场联锁控制系统、运营调度系统、无线通信系统、综合监控系统、路口优先系统、车辆追踪系统等构成，如图2所示。

正线信号系统由车载设备和轨旁设备组成。车载设备和轨旁控制设备采用ISM频段的无线通信设备进行数据传输;车载设备与控制中心采用无线和有线通信进行数据传输;轨旁控制设备采用光纤将数据传送到控制中心。

图2 沈阳有轨电车信号及行车管理系统示意图

正线道岔部分，采用司机通过车载设备遥控道岔转换的方式，并设置进路表示器进行防护;当停电及道岔故障以及运行需要时，可转为手动道岔转换。正线道岔控制系统分为车控模式和地控模式。车控模式是指控制点内的道岔信号，全部在电车上进行控制，电车司机通过车载操作盘操作地面信号设备;地控模式是操作人员通过地面操作按钮，操作信号设备。当车控模式失效对，所有区域内的车辆都必须采用地面操作按钮进行操作。

车辆组合定位部分，采用卫星导航技术结合车轮测距、位置传感设备等，实现车辆自主连续定位。控制中心可以对列车运行状态进行实时自动跟踪监测。

运营调度辅助系统负责电车运行计划的编制和下达，指挥电车按计划行车，并在电车运行过程中，对电车运行的全过程进行跟踪，可以自动调整电车运行时刻，提供司机控制或半自动进路控制。

运营调度系统由数据服务器、通信服务器、培训服务器、通信前置机、网络服务器、用户工作站(包括调度员工作站、模拟/培训工作站、时刻表编辑工作站、系统管理员工作站等)、大屏幕接口工作站以及网络通信、存储和打印设备等构成。

5 结束语

以现代有轨电车信号与行车管理技术为主题，针对系统的技术特点、与地铁信号系统的区别、目前存在的主要问题及发展设想等加以阐述，并根据典型系统技术方案，指出目前工程设计中的认识差异和一些标准问题。

［1］ 林瑜筠，李鹏，李岱峰，等．铁路信号新技术概论［M］．北京:中国铁道出版社，2005．

［2］ 中华人民共和国铁道部．TB10007-2006．铁路信号设计规范［S］．2006．

［3］ 冯琳玲，刘湘国．高速铁路轨道电路［M］．北京:中国铁道出版社，2011．6 ．

［4］ 黄卫中．区域计算机联锁系统的设计和实现［J］．铁道通信信号，2005，41(9):6 －10．