有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)中的交通信號(hào)控制及顯示系統(tǒng)研究

景順利，王 恒

（南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司，江蘇南京 211106）

近年來(lái)，隨著城市交通面臨的壓力越來(lái)越大，軌道交通系統(tǒng)在城市交通體系中所起的作用越來(lái)越大。但是地鐵、輕軌、磁懸浮等的巨額造價(jià)以及漫長(zhǎng)的建設(shè)周期，限制了其在中小城市的發(fā)展。面對(duì)目前迫切的交通需求，造價(jià)低、建設(shè)周期短的現(xiàn)代有軌電車(chē)作為一種單位能耗少、無(wú)污染、運(yùn)輸能力大的交通方式受到了認(rèn)可?，F(xiàn)代有軌電車(chē)在我國(guó)正面臨新一輪的建設(shè)熱潮，其中，廣州、南京、沈陽(yáng)、上海、蘇州等城市已經(jīng)有運(yùn)營(yíng)的有軌電車(chē)線路，淮安、常州、成都等地的現(xiàn)代有軌電車(chē)也處于建設(shè)中，并且很多中小城市也將現(xiàn)代有軌電車(chē)積極納入城市綜合交通規(guī)劃當(dāng)中。

目前國(guó)內(nèi)地面城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，一般都是采用人工值守的方式保障列車(chē)在交叉路口的安全通行。在列車(chē)通過(guò)交叉路口期間，運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心、車(chē)載控制器、交叉路口三者之間的信息交互需要借助于環(huán)路和軌道電路，且三者之間不能進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，造成調(diào)度中心調(diào)度人員無(wú)法實(shí)時(shí)觀察列車(chē)即將通過(guò)或者通過(guò)交叉路口的交通信號(hào)狀態(tài)。

1 信號(hào)系統(tǒng)組成

有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)是一個(gè)滿足快速、高密度、不間斷運(yùn)行要求的安全、可靠、先進(jìn)、完整的系統(tǒng)，主要由圖?1?所示的子系統(tǒng)組成。

整個(gè)有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)配置如圖?2?所示。

圖1 有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)組成圖

2 交通信號(hào)控制

圖2 信號(hào)系統(tǒng)配置圖

有軌電車(chē)線路一般位于地面，只有特殊情況下，部分路段采用高架或地下隧道的形式。在區(qū)間享有專用路權(quán)或與社會(huì)車(chē)輛混行，無(wú)論采用哪種方式，都不可避免在路口與其他社會(huì)車(chē)道之間存在著平面交叉，平交路口的交通信號(hào)對(duì)有軌電車(chē)的運(yùn)行效率及安全有較大影響。為保證有軌電車(chē)快捷、安全運(yùn)行，有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)中配置了交叉路口控制系統(tǒng)，如圖?2?所示，實(shí)現(xiàn)有軌電車(chē)與社會(huì)車(chē)輛在交叉路口交通信號(hào)的控制，實(shí)現(xiàn)各種交通有序、高效運(yùn)行。

2.1 交通信號(hào)控制方式

信號(hào)系統(tǒng)通過(guò)人工控制和自動(dòng)控制?2?種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)的控制。

（1）人工交通信號(hào)控制方式為中心調(diào)度員通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)界面，人工優(yōu)先請(qǐng)求和人工優(yōu)先請(qǐng)求取消操作向交叉路口控制器發(fā)送交通信號(hào)控制指令，交叉路口控制器根據(jù)接收到的指令控制交通信號(hào)的開(kāi)放和關(guān)閉，并反饋交通信號(hào)狀態(tài)在運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)界面實(shí)時(shí)顯示。

（2）自動(dòng)交通信號(hào)控制方式是根據(jù)列車(chē)的移動(dòng)自動(dòng)觸發(fā)交通信號(hào)的開(kāi)放和關(guān)閉，即當(dāng)列車(chē)接近交通信號(hào)并且需要通過(guò)時(shí)，通過(guò)交叉路口控制器觸發(fā)交通信號(hào)開(kāi)放；當(dāng)列車(chē)通過(guò)路口后，通過(guò)交叉路口控制器觸發(fā)交通信號(hào)關(guān)閉，并反饋交通信號(hào)狀態(tài)在運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)界面實(shí)時(shí)顯示。

2.2 系統(tǒng)交互

2.2.1 人工控制交通信號(hào)

人工控制交通信號(hào)信息交互如圖?3?所示。

運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心與交叉路口控制器、交通信號(hào)控制器的信息交互步驟如下：

（1）運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心與交叉路口控制器通過(guò)軌旁有線環(huán)網(wǎng)建立通信；

（2）運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心周期性地向交叉路口控制器發(fā)送心跳報(bào)文，以便交叉路口控制器明確當(dāng)前運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心的狀態(tài)，同時(shí)交叉路口控制器周期性地向運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心發(fā)送狀態(tài)報(bào)文，以便控制中心明確與當(dāng)前交叉路口控制器的連通狀態(tài)；

（3）運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心通過(guò)無(wú)線列調(diào)與有軌電車(chē)司機(jī)確認(rèn)當(dāng)前運(yùn)行位置后，向每個(gè)交叉路口控制器發(fā)送人工請(qǐng)求優(yōu)先和人工請(qǐng)求優(yōu)先取消命令；

（4）交叉路口控制器收到人工請(qǐng)求優(yōu)先命令后，向交通信號(hào)控制器發(fā)送人工請(qǐng)求優(yōu)先指令；交叉路口控制器收到人工請(qǐng)求優(yōu)先取消命令后，向交通信號(hào)控制器發(fā)送人工請(qǐng)求優(yōu)先取消指令；

（5）交叉路口控制器向運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心反饋操作指令的執(zhí)行結(jié)果；

（6）交叉路口控制器將反饋繼電器的吸起、落下?tīng)顟B(tài)用于運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)，顯示交通信號(hào)控制系統(tǒng)狀態(tài)。

2.2.2 自動(dòng)控制交通信號(hào)

自動(dòng)觸發(fā)交通信號(hào)請(qǐng)求優(yōu)先交互如圖?4?所示。

自動(dòng)觸發(fā)交通信號(hào)請(qǐng)求優(yōu)先時(shí)，車(chē)載控制器與交叉路口控制器、交通信號(hào)控制器的信息交互步驟如下：

圖3 人工控制交通信號(hào)交互示意圖

（1）車(chē)載控制器通過(guò)定位信標(biāo)獲取列車(chē)即將接近交叉路口，向交叉路口控制器發(fā)送交通信號(hào)請(qǐng)求優(yōu)先指令；

（2）交叉路口控制器收到請(qǐng)求優(yōu)先指令后，向交通信號(hào)控制器發(fā)送請(qǐng)求優(yōu)先指令；

（3）交叉路口控制器向運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心、車(chē)載控制器反饋請(qǐng)求優(yōu)先指令的執(zhí)行結(jié)果；

（4）運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)請(qǐng)求優(yōu)先反饋結(jié)果更新界面顯示。

自動(dòng)觸發(fā)交通信號(hào)請(qǐng)求優(yōu)先取消交互如圖?5?所示。

（1）車(chē)載控制器通過(guò)定位信標(biāo)獲取列車(chē)通過(guò)交叉路口，向交叉路口控制器發(fā)送請(qǐng)求優(yōu)先取消指令；

（2）交叉路口控制器收到請(qǐng)求優(yōu)先取消指令后，向交通信號(hào)控制器發(fā)送請(qǐng)求優(yōu)先取消指令；

（3）交叉路口控制器向運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心、車(chē)載控制器反饋請(qǐng)求優(yōu)先取消指令的執(zhí)行結(jié)果；

（4）運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)請(qǐng)求優(yōu)先取消反饋結(jié)果更新界面顯示。

2.3 顯示符號(hào)集

為了在人機(jī)界面顯示線路上交通信號(hào)狀態(tài)，運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)定義了?1?組用于交通信號(hào)系統(tǒng)狀態(tài)顯示的符號(hào)集，即：優(yōu)先請(qǐng)求狀態(tài)（圖?6）、優(yōu)先請(qǐng)求取消狀態(tài)（圖?7）、數(shù)據(jù)無(wú)效狀態(tài)（圖?8），用于運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示交叉路口交通信號(hào)狀態(tài)。

2.4 交通信號(hào)狀態(tài)顯示

圖4 自動(dòng)觸發(fā)交通信號(hào)請(qǐng)求優(yōu)先交互

圖5 自動(dòng)觸發(fā)交通信號(hào)請(qǐng)求優(yōu)先取消交互

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)界面上交通信號(hào)狀態(tài)顯示如圖?9?所示。有軌電車(chē)信號(hào)系統(tǒng)中交通信號(hào)狀態(tài)更新顯示步驟如下。

（1）調(diào)度員通過(guò)人工操作指令向交叉路口控制器發(fā)送請(qǐng)求優(yōu)先指令，交叉路口控制器接收到指令后通過(guò)干接點(diǎn)向交通信號(hào)控制器下發(fā)指令，同時(shí)交叉路口控制器的繼電器吸起，并反饋繼電器的吸起狀態(tài)，運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)接收的反饋的繼電器吸起狀態(tài)，更新界面交通信號(hào)的請(qǐng)求優(yōu)先狀態(tài)。

圖6 道口優(yōu)先請(qǐng)求符號(hào)顯示

圖7 道口優(yōu)先請(qǐng)求取消符號(hào)顯示

圖8 道口優(yōu)先請(qǐng)求數(shù)據(jù)無(wú)效符號(hào)顯示

圖9 交通信號(hào)狀態(tài)顯示

（2）調(diào)度員通過(guò)人工操作指令向交叉路口控制器發(fā)送請(qǐng)求優(yōu)先取消指令，交叉路口控制器接收到指令后通過(guò)干接點(diǎn)向交通信號(hào)控制器下發(fā)指令，同時(shí)交叉路口控制器的繼電器落下，并反饋繼電器的落下?tīng)顟B(tài)，運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)接收的反饋的繼電器落下?tīng)顟B(tài)，更新界面交通信號(hào)的請(qǐng)求優(yōu)先取消狀態(tài)。

（3）當(dāng)有軌電車(chē)接近交叉路口時(shí)，交叉路口控制器獲取電車(chē)接近信息，并向交通信號(hào)控制器發(fā)送請(qǐng)求優(yōu)先指令，同時(shí)交叉路口控制器的繼電器吸起，并反饋繼電器的吸起狀態(tài)，運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)接收的反饋的繼電器吸起狀態(tài)，更新界面交通信號(hào)的請(qǐng)求優(yōu)先取消狀態(tài)。

（4）有軌電車(chē)離開(kāi)交叉路口時(shí)，交叉路口控制器獲取電車(chē)離去信息，向交通信號(hào)控制器發(fā)送取消優(yōu)先指令，同時(shí)交叉路口控制器的繼電器落下，并反饋繼電器的落下?tīng)顟B(tài)，運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)接收的反饋的繼電器落下?tīng)顟B(tài)，更新界面交通信號(hào)的請(qǐng)求優(yōu)先取消狀態(tài)。

運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)與交叉路口控制器的信息交互采用UDP?協(xié)議通過(guò)網(wǎng)口通信。交叉路口控制器與車(chē)載控制器信息交互采用?UDP?協(xié)議通過(guò)網(wǎng)口通信。交叉路口控制器與交通信號(hào)系統(tǒng)信息交互采用干接點(diǎn)方式進(jìn)行通信。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)使用上述方法，交叉路口無(wú)需人工值守，只需調(diào)度中心調(diào)度人員遠(yuǎn)程監(jiān)控各路口狀態(tài)，減少了人力投入。能夠?qū)崿F(xiàn)線路各交叉路口狀態(tài)在運(yùn)營(yíng)調(diào)度中心顯示屏上實(shí)時(shí)顯示；同時(shí)調(diào)度中心調(diào)度人員可以通過(guò)人工優(yōu)先請(qǐng)求和人工優(yōu)先請(qǐng)求取消操作命令控制各交通信號(hào)控制器。根據(jù)運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)中對(duì)列車(chē)的跟蹤顯示，調(diào)度人員能夠及時(shí)掌握每列車(chē)在即將通過(guò)的交叉路口交通信號(hào)是否處于請(qǐng)求優(yōu)先狀態(tài)，以及列車(chē)離開(kāi)交叉路口時(shí)交通信號(hào)是否處于請(qǐng)求優(yōu)先取消狀態(tài)，若處于不正確狀態(tài)可以及時(shí)通過(guò)人工操作命令進(jìn)行人工干預(yù)。