新型有軌電車(chē)道岔控制方案分析

公吉鵬

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，510010，廣州∥助理工程師)

1 有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)組成

有軌電車(chē)是城市公共交通運(yùn)輸?shù)囊环N，采用開(kāi)放式道路，與社會(huì)車(chē)輛共享路權(quán)混行，其運(yùn)營(yíng)牌照、駕駛員操作證照(P證)由國(guó)家交通管理部門(mén)頒發(fā)，因此有軌電車(chē)更應(yīng)納入公路交通范疇。正因如此，建設(shè)在道路上的有軌電車(chē)信號(hào)控制系統(tǒng)應(yīng)有別于其它軌道交通信號(hào)系統(tǒng)，具有更多的靈活性和自主性［1］。

有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)主要包括運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)、正線道岔控制系統(tǒng)、路口控制系統(tǒng)、停車(chē)場(chǎng)控制系統(tǒng)、車(chē)地?zé)o線傳輸系統(tǒng)、車(chē)載子系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)間的關(guān)系如圖1所示。

有軌電車(chē)絕大部分建在地面，正線采用GPS/BD(北斗全球定位系統(tǒng))，道岔區(qū)域采用與地鐵相似的聯(lián)鎖控制。目前，國(guó)內(nèi)有軌電車(chē)均采用人工駕駛列車(chē)的方式，由司機(jī)按照運(yùn)營(yíng)規(guī)定駕駛，保證行車(chē)安全［2］。由此可見(jiàn)，道岔控制系統(tǒng)是有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)中涉及行車(chē)安全最重要的系統(tǒng)。本文對(duì)有軌電車(chē)道岔控制方案進(jìn)行分析。

圖1 有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)各子系統(tǒng)關(guān)系圖

2 有軌電車(chē)道岔控制方案

本文對(duì)道岔控制方案的研究基于運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)采用GPS/BD與列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備組合方案，以GPS/BD作為基本的列車(chē)定位模式。列車(chē)在區(qū)間或非道岔區(qū)段運(yùn)行時(shí)，采用GPS/BD實(shí)時(shí)定位;列車(chē)運(yùn)行至道岔區(qū)段時(shí)，采用列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行精確定位，保證行車(chē)安全。車(chē)地?zé)o線傳輸采用基于IEEE 802.11系列的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)。

道岔控制系統(tǒng)與運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)、車(chē)載控制系統(tǒng)相互協(xié)作，完成道岔控制功能。道岔控制系統(tǒng)在規(guī)定的聯(lián)鎖條件和時(shí)序下對(duì)進(jìn)路、信號(hào)表示器和道岔實(shí)行控制，確保進(jìn)路上軌道區(qū)段、道岔、信號(hào)表示器等信號(hào)設(shè)備之間的安全關(guān)系。對(duì)于涉及安全的操作，應(yīng)遵循“故障－安全”原則;對(duì)于來(lái)自操作設(shè)備的錯(cuò)誤操作，應(yīng)具備有效的防護(hù)能力。道岔控制系統(tǒng)采用模塊化和靈活的設(shè)計(jì)。有軌電車(chē)道岔控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 有軌電車(chē)道岔控制系統(tǒng)

正線道岔控制系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)轍機(jī)(地埋式)、地面控制箱、無(wú)線通信單元、進(jìn)路表示器、列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備、電源設(shè)備等。車(chē)載和地面采用無(wú)線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.1 道岔控制方式

根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，道岔控制方式可分為自動(dòng)進(jìn)路控制和車(chē)載遙控兩種。

2.1.1 自動(dòng)進(jìn)路控制

運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)將當(dāng)日的列車(chē)時(shí)刻表通過(guò)軌旁光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸至沿線的每個(gè)道岔控制器，并事先規(guī)定了列車(chē)的運(yùn)行方向。列車(chē)根據(jù)當(dāng)日時(shí)刻表運(yùn)行，當(dāng)接近道岔區(qū)段時(shí)，列車(chē)通過(guò)道岔區(qū)域的車(chē)地短程無(wú)線通信向地面控制設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求信息;地面控制設(shè)備接收到請(qǐng)求信息后，結(jié)合地面檢測(cè)設(shè)備的信息，將請(qǐng)求反饋信息發(fā)送給車(chē)載設(shè)備;車(chē)載設(shè)備接收到地面道岔控制設(shè)備發(fā)送的信息后，自動(dòng)反饋確認(rèn)信息至地面控制設(shè)備;地面控制設(shè)備根據(jù)計(jì)軸設(shè)備和進(jìn)路表示器狀態(tài)，檢查信號(hào)開(kāi)放條件滿足后，自動(dòng)完成道岔轉(zhuǎn)換并鎖閉道岔。列車(chē)通過(guò)該道岔區(qū)段后，道岔控制權(quán)自動(dòng)釋放。

該道岔控制方式安全可靠，行車(chē)效率高，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較高，且符合軌道交通領(lǐng)域的發(fā)展方向。

2.1.2 車(chē)載遙控

系統(tǒng)通過(guò)在軌旁安裝列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備來(lái)劃分道岔區(qū)段和道岔接近控制區(qū)域，通過(guò)道岔區(qū)域車(chē)地雙向短程無(wú)線通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)車(chē)載和地面控制設(shè)備之間的通信。

列車(chē)接近道岔區(qū)段，車(chē)地通信建立后，車(chē)載設(shè)備收到地面道岔控制設(shè)備的信息，提示司機(jī)列車(chē)接近前方道岔區(qū)域，獲得道岔控制權(quán)后司機(jī)發(fā)送道岔控制指令;地面控制設(shè)備接收到車(chē)載設(shè)備發(fā)送的道岔控制指令，結(jié)合計(jì)軸設(shè)備和進(jìn)路表示器狀態(tài)，檢查信號(hào)開(kāi)放條件滿足后，自動(dòng)鎖閉道岔并開(kāi)放信號(hào)，此時(shí)道岔不能被任何有軌電車(chē)操作。當(dāng)有軌電車(chē)出清道岔區(qū)域后道岔解鎖，后續(xù)有軌電車(chē)便可以申請(qǐng)?jiān)摰啦淼目刂茩?quán)。

該道岔控制方式自動(dòng)化程度較低，人為因素對(duì)行車(chē)安全和系統(tǒng)可靠性影響較大，同時(shí)也增加了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.2 道岔控制系統(tǒng)接受命令方式

表1體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)備在不同組合狀態(tài)下道岔控制器通過(guò)不同途徑來(lái)接受進(jìn)路命令。

表1 進(jìn)路命令接受

2.3 道岔控制系統(tǒng)基本功能

道岔控制系統(tǒng)的主要功能是對(duì)進(jìn)路的控制，包括進(jìn)路排列和進(jìn)路解鎖功能。其中:進(jìn)路排列功能指正常行車(chē)進(jìn)路的排列;進(jìn)路解鎖功能包括進(jìn)路正常解鎖、進(jìn)路取消、強(qiáng)制解除鎖閉。

正常行車(chē)進(jìn)路的排列需滿足以下條件:進(jìn)路方向與區(qū)間運(yùn)行方向或無(wú)岔區(qū)段運(yùn)行方向一致;敵對(duì)進(jìn)路未排列;計(jì)軸區(qū)段、道岔、信號(hào)表示器等未被封鎖;進(jìn)路內(nèi)的道岔鎖閉在規(guī)定的位置;側(cè)防道岔鎖閉在規(guī)定的位置;側(cè)防區(qū)域元件空閑(侵限檢查);進(jìn)路內(nèi)所有道岔區(qū)段都空閑。

進(jìn)路正常解鎖檢查條件:以圖3為例，分為以下3種情況。

圖3 進(jìn)路元素布置圖

(1)進(jìn)路中第一個(gè)道岔區(qū)段解鎖過(guò)程(如X1109—S1111中區(qū)段GD1109):有接近信息，且本區(qū)段占用并出清，本區(qū)段延時(shí)3 s后解鎖。

(2)進(jìn)路包含多個(gè)道岔區(qū)段，中間區(qū)段解鎖過(guò)程(如X1101—S1105中區(qū)段GD1103):前一區(qū)段解鎖，本區(qū)段出清，下一區(qū)段占用，本區(qū)段解鎖。

(3)進(jìn)路包含多個(gè)道岔區(qū)段，最后區(qū)段解鎖過(guò)程(如X1107—S1111中區(qū)段GD1109):前一區(qū)段解鎖，本區(qū)段占用并出清，本區(qū)段延時(shí)3 s后解鎖。

進(jìn)路取消檢查條件:進(jìn)路內(nèi)道岔被鎖閉在規(guī)定的位置，進(jìn)路內(nèi)道岔區(qū)段空閑，始端信號(hào)表示器顯示禁止燈光，無(wú)車(chē)接近時(shí)立即取消，否則延時(shí)30 s取消［3］。

站間運(yùn)行:由于兩個(gè)有岔站之間的無(wú)岔區(qū)段不設(shè)置計(jì)軸設(shè)備，考慮到有軌電車(chē)系統(tǒng)在降級(jí)模式時(shí)需要單線雙向運(yùn)行，道岔控制器為兩個(gè)有岔站之間及無(wú)岔區(qū)段行車(chē)提供運(yùn)行方向(見(jiàn)圖4)。(1)區(qū)間及無(wú)岔區(qū)段相關(guān)進(jìn)路，需檢查行車(chē)進(jìn)路方向是否與有軌電車(chē)運(yùn)行方向一致。(2)系統(tǒng)上電后區(qū)間方向?yàn)槲炊x狀態(tài)，由調(diào)度系統(tǒng)設(shè)置區(qū)間運(yùn)行方向。

圖4 站間運(yùn)行示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

從道岔控制方式、道岔控制接受命令方式、道岔控制系統(tǒng)功能等方面對(duì)有軌電車(chē)道岔控制方案進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論:在運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理系統(tǒng)采用GPS/BD與列車(chē)位置檢測(cè)設(shè)備組合方案，車(chē)地?zé)o線通信采用基于IEEE 802.11系列無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的前提下，適合新型有軌電車(chē)道岔控制的方案為列車(chē)自動(dòng)進(jìn)路控制方案。

［1］北京城建設(shè)計(jì)研究總院.北京現(xiàn)代有軌電車(chē)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.2010.

［2］王灝，田振清，周楠森，等.現(xiàn)代有軌電車(chē)系統(tǒng)研究與實(shí)踐［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［3］王祖華，劉曉娟.車(chē)站信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.蘭州:蘭州大學(xué)出版社，2003.

［4］劉新平.新型有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)方案研究［J］.城市軌道交通研究，2012(5):50.