现代有轨电车信号系统的制式类型及功能定位分析.docx

现代有轨电车信号系统的制式类型及功能定位分析李仲华（北京市轨道交通建设管理有限公司第二项目管理中心）摘 要 介绍了现代有轨电车工程信号系统的功能与构成，针对国内现代有轨电车线路选用信号系统的制式类型和特点进行了分析，包括系统供应商的特点、系统架构的特点，并针对每种信号系统的功能定位和线路适用性进行了分析，展望了现代有轨电车信号系统的发展方向。关键词 现代有轨电车；信号系统；制式特点；管理模式Analysis of the function of the modern tram signal systemLi Zhonghua (Beijing metro construction and management company, 100065, BEIJING, Senior Engineer)Introduced the modern tram signal system function and composition, analyzed characteristics of the modern tram signal system, including supplier,system characteristics, system architecture characteristics . The functional positioning of each kind of signal system were analyzed.Then The trend of modern tram signal system is prospected.0 绪论现代有轨电车是在传统有轨电车基础上改造升级的一种先进的公共交通方式，具有客运能力大、速度高、弹性灵活、舒适新颖的特点1。首先于20世纪90年代后期在法国等一些西欧国家投入运营，以崭新的形象、舒适的服务迅速吸引了国内城市的关注和研究1。经过数年的规划和建设，沈阳、苏州、南京、广州等一些城市已经陆续开通载客试运营，武汉、淮安、珠海等一些城市的有轨电车线路已开始空载试运行。现代有轨电车与地铁、轻轨等传统轨道交通制式的显著区别，就是不具备独立专有路权。无论欧洲还是国内，依然提供客运服务的传统有轨电车在参与道路交通时，几乎完全是开放路权的方式，包括欧洲的诸多城市，还有我国香港、大连、长春等等。现代有轨电车出现之后，一方面通过车辆、供电等专业的技术进步提升了车辆运能、性能和舒适程度，另一方面通过先进的信号系统（运营管理系统、计算机联锁系统、平交道口信号优先系统）提升全系统安全保障、提高运行组织效率甚至社会道路交通的运输能力。现代有轨电车工程的信号系统与标准轨道交通信号系统在设备选用方面具有相近的特点，但在系统构成上则差异显著。即便同为现代有轨电车，不同特点的线路或者不同系统承包商所提供的信号系统也有较大的差别，主要体现在进路、道岔控制方式的不同，车载设备功能级别的不同，道路交通信号优先实现方式的不同等等。目前，我国已经开通、正在建设和规划现代有轨电车工程的大、中型城市有十余座，多数为在城市新区或开发区新建线路，少部分为既有城区加密线路，所采用的信号系统差异也比较大，本文将对已开通运营或即将开通的几种不同现代有轨信号系统的功能定位进行分析对比，并针对每种信号系统的线路适用性进行了比对，最后展望了现代有轨电车信号系统的发展方向。1 现代有轨电车信号系统的功能与构成与标准轨道交通信号系统类似，现代有轨电车的信号系统通常包括：正线信号系统和车辆段（停车场）信号系统，正线信号系统与标准轨道交通信号系统的功能和结构差异较大，车辆段（停车场）信号系统则往往更接近地铁或轻轨的停车场信号系统。1.1 现代有轨电车正线信号系统的功能与构成传统轨道交通信号系统的关键功能是道岔安全联锁和运行追踪控制，其设计原则是故障导向安全，这是封闭线路保证列车运行安全的基本保障。对于有轨电车信号系统，同样需要实现道岔安全联锁，而对运行追踪控制通常没有约束，在无岔区间运行时，主要依托熟练掌握车辆性能和驾驶技能的司机，在道路交通法律法规的约束下，人工驾驶来保证有轨电车之间、有轨电车与道路交通参与对象之间的安全。现代有轨电车的走行形式多数采用“钢轮+钢轨”、少数采用“胶轮+导向钢轮”，每种走行方式均需要通过道岔改变行驶路径，都存在掉道脱轨、挤岔的安全风险。所以道岔安全控制是正线信号系统的核心功能。为了实现对全线有轨电车的实时位置监视、正晚点信息监视等调度指挥功能，现代有轨电车正线信号系统配置了类似简化的地铁ATS系统（列车自动运行监控系统）的运行管理子系统，通过车载卫星定位设备、轨旁列车位置检测装置等设备实现对列车位置的实时采集，并传输至控制中心（调度中心），中心则能够实现按计划时刻表发车、进路预设等功能。由于现代有轨电车的车体长度、运行速度均较传统有轨电车有较大的提升，所以在混合路况下遇到平交道口时，宜采用信号优先控制系统，实现有轨电车在平交道口的优先通过。根据不同特点的路口，可以设置绝对优先、相对优先、不优先的多级别信号优先控制。一套完整的现代有轨电车正线信号系统至少应该包括道岔控制系统和运行管理系统，以实现对全线有轨电车的安全、高效运行管理。而平交道口信号优先控制系统，需要实现的其实是对道路交通信号灯的智能控制，既可以通过有轨电车信号系统提供的接口信息触发控制，也可以由道路交通信号系统独立设置采集设备设施实现触发控制。1.2现代有轨电车车辆段信号系统的功能与构成相对正线而言，有轨电车的车辆段与常规轨道交通车辆段的功能定位更加接近。车辆段需要单独设置一套计算机联锁系统，与正线信号系统具有接口，实现收发车功能、场区内调车功能。车辆段信号系统与运营管理系统可通过接口实现派班及按列车时刻表发车功能。如果配备试车线且试车线设置有与正线相同的信号系统，则还需要设置一套试车线信号系统，并实现模拟正线运行功能、非进路调车接口功能。2 现代有轨电车信号系统的制式类型及特点分析2.1 现代有轨电车信号系统的制式类型及特点2.1.1供应商的特点现代有轨电车信号系统的制式目前并没有明确的分类体系，能够提供信号系统完成解决方案的国内外厂商也比较多。国外供应商基本分为两类，一类是传统铁路、地铁、轻轨领域的轨道交通设备供应商，能够提供车辆、信号全套完整的解决方案；一类是经典有轨电车信号控制设备供应商，通常实力规模比第一类小一些，但能够提供更加灵活、模块式的独立系统或子系统和基础设备。国内近年来现代有轨电车发展非常快，而且由于规划、建设手续审批权限较低，投资规模相对较小，一些原轨道交通设备级供应商积极投入了有轨电车信号系统的开发，并在一些城市取得了应用业绩，同时也有少数轨道交通信号集成商引进了其国外合作伙伴的既有有轨电车信号系统解决方案，但受制于国产化率的约束，应用实例并不多。由于上述原因，目前国内已开通的、在建的多条现代有轨电车所采用的信号系统多数为原轨道交通设备级供应商引进技术或借鉴技术路线研制的国产系统，在一些轨道交通发展比较成熟的一线城市，也有选用的从地铁信号系统精简而来的有轨电车信号系统。2.1.2系统结构的特点2.1.2.1正线信号系统的特点现代有轨电车信号系统与地铁、轻轨标准轨道交通信号系统最大的区别，在于是否配置ATP/ATO子系统。在国内，法律要求地铁信号系统必须包括具备SIL4安全等级的ATP子系统，且ATO已经实现与ATP的高度整合，新开通的地铁线路基本都采用了CBTC-ATO模式，甚至全自动无人驾驶线路也即将陆续投入试运营，地铁电客车司机正在逐步由驾驶员过渡到列车监控乘务员。而有轨电车司机则既责需要人工保证参与道路交通的行驶安全，又需要人工确认信号或者进路以保证通过道岔时的安全防护。国内部分传统轨道交通供货商提供的有轨电车解决方案，原本就是由地铁信号系统简化而来，为提供在一些特殊专用路权区间的效率，增加了ATO/ATP的配置可选，但随之也带来车载设备、轨旁设备和控制中心设备的投资激增。除ATP/ATO功能外，传统有轨电车传承而来的道岔现地控制方式在大部分现代有轨电车信号系统上得到了延续。现地控制方式是相对于计算机联锁集中控制方式而言。集中控制模式下，列车达到接近区段，联锁检测到轨道占用信息后自动触发进路锁闭道岔并开放信号，列车通过后进路自动解锁。整个过程不需要车载信号系统的参与，可完全由计算机联锁系统独立完成，进路即可自动触发，也可由调度员人工办理。计算机联锁的上位机可与运营管理系统界面整合。现地控制模式下，列车达到接近区段后，列车检测设备检测到列车接近后，轨旁控制器允许接收车载信号设备控制指令，控制器根据指令请求锁闭进路和道岔，进路指示器显示允许通过的信号，在列车通过岔区的过程中，进路和道岔始终锁闭。道岔控制指令，既可以由运营管理系统自动发出，也可以由司机手动发出。手动模式是自动模式的备份和降级模式。2.1.2.2车辆段信号系统的特点目前国内各有轨电车新线的车辆段基本都选用了基于计算机联锁的集中控制系统。通过计算机联锁系统实现对所有道岔的集中控制，段内调车进路由车控室值班员人工办理，电客车司机按调车信号机显示，驾驶车辆以规定限速行驶完成调车或者出入正线。因为车辆段的道岔数量多，如果仍采用现地控制模式，则需要在段内设置较多的轨旁控制器，信号设备成本增高、设备故障点多，而采用计算机联锁系统在室内设备少量增加的前提下能控制大量的道岔和进路。车辆段应设置足够长度的试车线，用于车辆检修后的验证和测试。如果正线信号系统包含车载子系统，则试车线需要单独设立一套信号系统，实现验证车载信号系统的功能。如果正线信号采用的是无车载信号子系统的集中控制系统 ，则可以不单独设置试车线信号系统。试车线仅用于车辆专业本身的功能验证与测试。部分线路较长的有轨电车线路，单独设置了停车场，如果停车列位不多且仅为单一的停车列检功能，在道岔数量较少的情况下，可以不单独设置停车场信号系统，而是作为一组库线，在与运营管理系统的接口中特殊处理，加入收发车作业功能即可。2.2 现代有轨电车信号系统功能定位及适用性分析通过上述对现代有轨电车信号系统制式、架构的分析，可见其系统架构、功能实现的类型比较多样化，在系统的复杂程度、投资规模、工程实施难度方面差异较大。现代有轨电车信号系统的多样化是合理的，因为不同于常规地铁线路采用地下或高架的封闭线路，提供给信号系统等各设备系统的条件和需求是相对精确的，而有轨电车作为一种参与道路交通的客流运输工具，其工程外部条件是非常多样化的，其功能定位也有多种级别，这些都决定了在合理的投资规模、运营成本约束下，不同类型的有轨电车线路所适用的信号系统并不是雷同的。下表一和表二，分别从投资规模、工程实施难度、运营维护成本等方面，对集中控制和现地控制两种现代有轨电车典型的信号系统架构类型，分别对应于正线信号系统、车辆段信号系统的系统适用性进行了比对。表一：现代有轨电车正线信号系统适用性比对信号系统集中控制现地控制适用性分析新城区线路投资规模普通工程难度较高运营成本较低投资规模普通工程难度较低运营成本普通带车载信号子系统的现地控制制式信号系统密集街区线路投资规模较高工程难度高运营成本普通投资规模较高工程难度较高运营成本较高现地控制制式、集中控制均可独立路权较多的线路投资规模较低工程难度低运营成本较低投资规模普通工程难度低运营成本普通不带车载信号子系统的集中控制制式信号系统表二：现代有轨电车车辆段信号系统适用性比对车辆段信号系统集中控制现地控制适用性分析新建车辆段投资规模普通工程难度普通运营成本较低投资规模较高工程难度较高运营成本较高不带车载信号子系统的集中控制制式信号系统新建停车场投资规模普通工程难度普通运营成本较低投资规模较低工程难度较低运营成本普通带车载信号子系统的现地控制制式信号系统改造停车场投资规模较高工程难度较高运营成本普通投资规模较高工程难度普通运营成本较高现地控制制式、集中控制均可3现代有轨电车信号系统发展展望通过对上述各种不同的有轨电车信号系统的分析，结合目前国内越来越多的城市开始规划和建设有轨电车线路甚至线网的实际情况，现代有轨电车信号系统也必将紧跟市场需求的多样化，向集中控制与分散控制灵活组合、模块化可配置化的方向发展。现代有轨电车信号系统对各类运行信息采集的实时性和可靠性将进一步提升，同时车载设备也将进一步集成设备和简化控制；采用现地