智能軌道快運系統(tǒng)通信信號設(shè)計與應(yīng)用

羅洪宇

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技再創(chuàng)新高。人口不斷增加的同時，汽車使用量也在不斷增加。隨之帶來的是城市道路面積增長速度與汽車擁有量增長速度的不匹配，交通擁堵已經(jīng)成為中國大部分城市亟待解決的問題。由于軌道交通具有速度快、安全性高、準(zhǔn)時性好等特點，軌道交通已成為一二線城市解決擁堵問題的主要手段之一。隨著城市交通擁堵問題日益突出，多種公共交通解決方案被提出，包括地鐵、快速公交、輕軌、智能軌道快運系統(tǒng)等。其中以智軌電車為核心運載工具的ART因建設(shè)周期短、基礎(chǔ)設(shè)施投資少、城市適應(yīng)性高和綜合運力強(qiáng)等特點，具有較好的應(yīng)用前景。通信信號系統(tǒng)作為ART的重要組成部分，負(fù)責(zé)運營管理、運營信息發(fā)布及語音調(diào)度等，可有效保障智軌電車運行安全，提高運營效率，降低運營成本。

關(guān)鍵詞：智能軌道快運系統(tǒng);通信信號系統(tǒng);信號優(yōu)先

引言

智軌電車的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)軌道交通的概念，其通過軌跡控制技術(shù)進(jìn)行路徑感知，依靠無軌導(dǎo)向控制技術(shù)保證車輛轉(zhuǎn)向的精度，具有行駛靈活、載客量大及通行效率高等優(yōu)勢，解決了城市軌道交通發(fā)展中的必須依靠鋼軌的難題。作為一種軌道交通新制式，依托于原有的軌道交通制式的安全性分析證明和實現(xiàn)其安全性是軌道交通發(fā)展過程中必然選擇。

1關(guān)于ART架構(gòu)及運行原理

ART具有城市軌道交通和地面公共交通雙重屬性，同時吸收了軌道交通準(zhǔn)時、運量大、節(jié)能環(huán)保和地面公交運營靈活、綜合成本低等優(yōu)勢。該系統(tǒng)主要由供電、通信信號、智軌電車、虛擬軌道、車站、檢修中心6大基礎(chǔ)部分構(gòu)成。比照軌道交通系統(tǒng)，其最大的不同點在于用智軌電車代替軌道列車，用虛擬軌道代替了鋼軌。這一替代在確保智軌電車具有有軌電車的安全與高效特性的同時，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)省了系統(tǒng)的成本。智軌電車為采用100%低地板構(gòu)架、全電驅(qū)動、具備多種受電方式的雙向行駛多編組膠輪車輛。它采用自動循跡、軌跡跟隨、自主導(dǎo)向等技術(shù)，實現(xiàn)在虛擬軌道下的類軌道行駛;同時采用主動防護(hù)技術(shù)對電車的行駛進(jìn)行電子約束與安全保障。智軌電車的頭車頭軸自動地按照地面的虛擬軌道或高精度電子地圖運行，其他各軸自動跟隨頭車頭軸的行駛軌跡，實現(xiàn)與軌道列車行駛在鋼軌上相似的類軌道行駛。虛擬軌道則為行車線路或輔助線路上設(shè)置的特定標(biāo)識，其為車載自動循跡系統(tǒng)中的光學(xué)感知、圖像識別、激光檢測等感知傳感器提供導(dǎo)向特征輸入，構(gòu)建運行路徑。

2信號系統(tǒng)

2.1調(diào)度管理系統(tǒng)

調(diào)度管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)實現(xiàn)智軌電車的運營管理，支持單線路、線網(wǎng)的運營管理，具有列車運行監(jiān)視、實時運行圖顯示、設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)視、運營數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報表展示、故障檢測及報警、系統(tǒng)運行及操作日志記錄、時鐘同步等功能。系統(tǒng)能夠與車輛、車站設(shè)備、車輛段/停車場設(shè)備進(jìn)行高效互通，不僅可保障調(diào)度人員及時地掌握運營相關(guān)信息，如車輛狀態(tài)、站臺門開/關(guān)情況、路口優(yōu)先情況等信息，同時還可為調(diào)度人員提供緊急情況下的應(yīng)急處理功能，如人流激增情況下的運營計劃調(diào)整、火災(zāi)情況下的站臺疏散信息播報與顯示等，大大降低了調(diào)度人員的工作強(qiáng)度。

2.2車載信號系統(tǒng)

車載信號系統(tǒng)用于實現(xiàn)與運營管理強(qiáng)相關(guān)的車載功能，主要包括車輛工況檢測、車輛實時定位、安全防護(hù)、車地實時通信、路口/虛擬岔區(qū)的通行提示、設(shè)備自診斷及輔助駕駛信息提示等。系統(tǒng)可實時監(jiān)測車輛運行狀態(tài)，并在異常情況（如車輛闖紅燈、冒進(jìn)冒出車站、超速、不滿足行車條件下的異常動車等）下實施安全防護(hù);可通過人機(jī)交互單元，顯示運營計劃、前方到站信息、前方路口/虛擬岔區(qū)信息、早晚點信息等內(nèi)容，為司機(jī)駕駛提供豐富的提示信息，從而降低司機(jī)的勞動強(qiáng)度，保障行車安全。

3系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1通信技術(shù)

ART單條線路長度一般為十幾公里，在運營的過程中，各機(jī)電系統(tǒng)間的信息傳輸需要高效、及時。特別是車地通信，涉及到傳輸列車控制信號、車載視頻、視頻廣告及運營信息等業(yè)務(wù)，需要采用傳輸寬帶穩(wěn)定、延時低和抗干擾性能強(qiáng)的無線通信技術(shù)。Tetra是一種數(shù)字集群通信系統(tǒng)，可在同一技術(shù)平臺上提供指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸和電話服務(wù)，但單用戶數(shù)據(jù)傳輸速率僅7.2kb/s。系統(tǒng)具有兼容性強(qiáng)、開放性好、頻譜利用率高和保密功能強(qiáng)等優(yōu)點，且不依賴于核心網(wǎng)的單站集群技術(shù)，可為極端情況下的應(yīng)急通信提供保障。WiFi是一種允許電子設(shè)備連接到一個無線局域網(wǎng)（WLAN）的技術(shù)，通常使用2.4GHzUHF或5GHzSHFISM射頻頻段，單個接入點的覆蓋半徑可達(dá)200m，傳輸速率可達(dá)54Mb/s，設(shè)備的接入可設(shè)置密碼保護(hù)。該方式由于工作在公開頻段，存在易受外界干擾的問題。LTE是無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用OFDM和MIMO技術(shù)、端到端加密技術(shù)，同時具有QoS保障機(jī)制，可在20MHz頻譜帶寬下提供下行100Mb/s與上行50Mb/s的峰值速率。LTE-M作為LTE技術(shù)在地鐵行業(yè)領(lǐng)域的針對性應(yīng)用，越區(qū)切換造成的通信延時不超過150ms的概率不小于98%，并可有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩壳耙言谌珖鄺l軌道交通線路上使用。綜合考慮無線覆蓋范圍、通信速率及抗干擾等因素，ART車地?zé)o線通信推薦采用LTE技術(shù)，搭建覆蓋全線的LTE覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

3.2信號優(yōu)先技術(shù)

路口信號優(yōu)先是指實現(xiàn)智軌電車在交叉路口處的優(yōu)先通行，需要重點考慮“允許通行信息”的顯示方式、車輛優(yōu)先請求信息的發(fā)送時機(jī)、路口信號優(yōu)先策略等。對于“允許通行信息”的顯示，宜在交叉路口處設(shè)置專用信號燈。專用信號燈的制式和燈色可參考交通信號燈的標(biāo)準(zhǔn)要求，但顯示樣式需與常規(guī)交通信號燈的進(jìn)行區(qū)分。對于車輛優(yōu)先請求信息的發(fā)送時機(jī)，智軌電車需要在路口附近合適的位置發(fā)送優(yōu)先請求。申請過早，會造成路口綠燈時間的浪費;申請過晚，則會導(dǎo)致智軌電車無法在路口獲得及時的優(yōu)先權(quán)。該方式會綜合分析交叉口交通情況，根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先條件，決定是否給予被優(yōu)先對象優(yōu)先通行權(quán)，對于路口交通影響較小。實際使用中，選擇主動優(yōu)先還是被動優(yōu)先，需根據(jù)現(xiàn)場線路走向、交通流、運營速度等因素綜合考慮后選擇。另外應(yīng)考慮在給予智軌車輛優(yōu)先通行后，對其他交通參與者給予補償;此外，應(yīng)同時考慮智軌電車發(fā)車頻率，當(dāng)發(fā)車頻率較大時，可適當(dāng)降低智軌電車的優(yōu)先等級。

4結(jié)語

總之，智能軌道快運系統(tǒng)中，通信信號系統(tǒng)是負(fù)責(zé)運營調(diào)度、進(jìn)行運營監(jiān)控、保證智軌電車運行安全、提高運輸效率的重要設(shè)施，需要具有明晰的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、合理的功能分配、適宜的技術(shù)方案選擇才能保證智軌電車良好的運行效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2]喻智宏，孫吉良，申大川.有軌電車通信信號技術(shù)與智能交通系統(tǒng)[J].城市交通，2013（4）：44-51.

（作者單位：沈陽渾南現(xiàn)代有軌電車運營有限公司）