有軌電車平交路口優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案研究

張婷婷，陸怡然

（卡斯柯信號有限公司，上海 200071）

與社會(huì)車輛在平交路口共享路權(quán)是有軌電車的特色之一[1]。為提高有軌電車的運(yùn)行速度，降低其在平交路口的延誤、盡可能避免停車，同時(shí)兼顧道路交通路口整體的車輛通行能力，平交路口優(yōu)先控制子系統(tǒng)（以下簡稱“OLC 系統(tǒng)”）應(yīng)運(yùn)而生。OLC 系統(tǒng)主要為有軌電車優(yōu)先通行提供實(shí)時(shí)保障，其在運(yùn)行過程中，與道路交通控制系統(tǒng)（以下簡稱“TSC 系統(tǒng)”）接口，實(shí)時(shí)采集運(yùn)營調(diào)度信息；同時(shí)結(jié)合有軌電車當(dāng)前位置信息以及道路交通信號相位狀態(tài)，判斷并提供合適的優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案；最終根據(jù)路口的特點(diǎn)實(shí)施差異化的信號優(yōu)先控制。由于平交路口與軌道設(shè)施在特定布局關(guān)系下需要考慮的優(yōu)先關(guān)系存在差異，因而需要針對不同類型平交路口情景制定相應(yīng)的OLC 系統(tǒng)與TSC 系統(tǒng)優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案，從而提高路口的綜合通行效率與安全性。

1 OLC 系統(tǒng)的基本原理

1.1 系統(tǒng)功能

OLC 系統(tǒng)基本功能包括有軌電車位置信息檢測功能，路口優(yōu)先信號請求功能，信號一致性保障功能，信號聯(lián)動(dòng)功能，自檢、自診斷功能。其具體功能如下。

1）有軌電車位置信息檢測功能。實(shí)現(xiàn)列車接近路口預(yù)告、信號優(yōu)先請求確認(rèn)、列車進(jìn)入路口檢測及列車出清路口檢測。

2）路口優(yōu)先信號請求功能。根據(jù)信號系統(tǒng)實(shí)際情況，通過車載發(fā)送、調(diào)度中心人工發(fā)送、列車到達(dá)檢測點(diǎn)位置自動(dòng)發(fā)送等差異化方式發(fā)送優(yōu)先請求。

3）信號一致性保障功能。保證路口信號專用機(jī)與道岔區(qū)進(jìn)路表示器狀態(tài)一致，路口信號專用機(jī)與道路交通信號燈狀態(tài)一致。

4）信號聯(lián)動(dòng)功能。針對不同特性的路口，綜合考慮路口優(yōu)先信號、進(jìn)路辦理信號請求時(shí)機(jī)、路口專用信號機(jī)開放時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)（以下簡稱“CBI”系統(tǒng)）、信號行車調(diào)度子系統(tǒng)（以下簡稱“DMS”系統(tǒng)）、TSC系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制。

5）自檢、自診斷功能。實(shí)現(xiàn)路口專用信號機(jī)、OLC系統(tǒng)、TSC 系統(tǒng)的故障檢測。

1.2 系統(tǒng)組成

OLC 系統(tǒng)由PLC 控制器、繼電器、路口專用信號機(jī)和信號機(jī)燈絲報(bào)警儀等設(shè)備組成。

1）PLC 控制器為OLC 系統(tǒng)的核心部件，完成OLC系統(tǒng)全部邏輯處理功能，負(fù)責(zé)與信號CBI、DMS 系統(tǒng)、道路交通TSC 系統(tǒng)接口。

2）繼電器用于與TSC、路口專用信號機(jī)的安全接口，滿足故障-安全的特性。

3）路口專用信號機(jī)用于在平交路口提示司機(jī)直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、過渡和禁止信息，司機(jī)需嚴(yán)格按照路口專用信號機(jī)指示行車。

4）信號機(jī)燈絲報(bào)警儀同時(shí)為多架信號機(jī)燈位進(jìn)行正常點(diǎn)燈或閃爍模式的實(shí)時(shí)監(jiān)測，提供信號機(jī)故障燈位報(bào)警功能。

1.3 系統(tǒng)接口

1）信號系統(tǒng)內(nèi)部接口。為全面掌握有軌電車運(yùn)行的情況，OLC 系統(tǒng)需與CBI 系統(tǒng)和DMS 系統(tǒng)接口獲取特定路口進(jìn)路申請信息、特定道岔狀態(tài)信息、優(yōu)先請求信息以及列車位置及優(yōu)先信息等。

同時(shí)，平交路口優(yōu)先系統(tǒng)將自身系統(tǒng)信息發(fā)送給DMS 系統(tǒng)，便于在中心顯示優(yōu)先狀態(tài)、路口專用信號機(jī)顯示狀態(tài)和路口專用信號機(jī)、OLC 系統(tǒng)、TSC 系統(tǒng)的故障信息。

2）信號系統(tǒng)外部接口。信號系統(tǒng)外部接口主要指TSC 系統(tǒng)接口。OLC 系統(tǒng)向TSC 系統(tǒng)發(fā)送的信息包括列車位置信息、優(yōu)先請求功能的開啟/關(guān)閉信息等。

TSC 系統(tǒng)向OLC 系統(tǒng)發(fā)送的信息有道路交通信號燈手控/自動(dòng)控制信號、路口專用信號機(jī)狀態(tài)等。

2 平交路口分類

有軌電車通過路口的過程可簡述為：有軌電車行駛過程中，依次通過預(yù)告、請求、進(jìn)入和離開檢測點(diǎn)。OLC 系統(tǒng)通過各檢測點(diǎn)獲取的列車位置信息，向TSC系統(tǒng)先后轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先申請、路口占用、路口出清等信息。TSC 據(jù)此計(jì)算優(yōu)先、通行、禁止邏輯，發(fā)送給OLC 系統(tǒng)，同時(shí)保障道路交通信號燈顯示。OLC 系統(tǒng)依據(jù)TSC 系統(tǒng)發(fā)送指令，點(diǎn)亮路口專用信號機(jī)。多數(shù)路口不需要考慮特殊的聯(lián)動(dòng)策略，通過OLC 系統(tǒng)和TSC 系統(tǒng)的簡單交互即可實(shí)現(xiàn)有軌電車的路口優(yōu)先功能。但結(jié)合平交路口與軌道線路、站臺(tái)及道岔的相對位置關(guān)系，從道路交通通行效率、有軌電車通行效率、安全等方面考慮，出站路口、含岔區(qū)路口、出入場段路口和主線-支線路口等4類特殊平交路口需考慮定制差異化的聯(lián)動(dòng)策略。平交路口分類情況見表1。

表1 平交路口分類

4 類特殊平交路口的基本特征及劃分依據(jù)如下。

2.1 出站路口

路口前有站臺(tái)的且站臺(tái)距離路口較近（小于請求點(diǎn)部署距離原則時(shí)）[2]，此時(shí)若在進(jìn)站前自動(dòng)申請優(yōu)先，由于乘客乘降作業(yè)時(shí)間具備不確定性，可能會(huì)導(dǎo)致對應(yīng)有軌電車優(yōu)先相位時(shí)間延長，嚴(yán)重影響道路交通其他相位的通行效率[3]；若出站時(shí)自動(dòng)申請優(yōu)先，則可能出現(xiàn)TSC 系統(tǒng)無法及時(shí)給出對應(yīng)優(yōu)先相位的可能性，列車將在路口前停車，影響有軌電車通行效率。

2.2 含岔區(qū)路口

路口前小于一個(gè)車長距離內(nèi)含有道岔，此時(shí)若TSC 系統(tǒng)未給出通行命令，列車將在道岔上停車，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)此類路口OLC 系統(tǒng)需保證路口專用信號機(jī)與道岔區(qū)進(jìn)路表示器協(xié)調(diào)一致。

2.3 出入場段路口

存在有軌電車設(shè)計(jì)限速低、出入段進(jìn)路命令辦理耗時(shí)較長的特點(diǎn)，且此類路口若有軌電車停車，一般會(huì)完全占用路口，影響所有方向的道路交通。若采用相對優(yōu)先調(diào)整策略，且未與CBI 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)考慮進(jìn)路辦理時(shí)機(jī)，導(dǎo)致列車在路口停車，會(huì)極大程度影響道路通行效率。

2.4 主線-支線路口

存在有軌電車多方向、多車通過的場景，需具備優(yōu)先管理功能。

3 平交路口優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案

3.1 普通路口優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案

普通平交路口的聯(lián)動(dòng)方案時(shí)序如下。

①列車依次通過預(yù)告點(diǎn)及請求點(diǎn)，OLC 系統(tǒng)向TSC 系統(tǒng)依次發(fā)送預(yù)告及優(yōu)先請求。②優(yōu)先請求信號被TSC 系統(tǒng)接受，TSC 系統(tǒng)給OLC 系統(tǒng)發(fā)送優(yōu)先請求反饋信號，并開始調(diào)整相位。③TSC 系統(tǒng)確保無沖突相位，允許有軌電車通行，而后TSC 系統(tǒng)發(fā)送過渡信號至OLC 系統(tǒng)；前方路口信號即將轉(zhuǎn)換，路口專用信號機(jī)顯示過渡燈位。④TSC 系統(tǒng)發(fā)送通行信號至OLC 系統(tǒng)，前方路口開放通行，路口專用信號機(jī)顯示通行燈位。⑤列車通過進(jìn)入檢測點(diǎn)，OLC 系統(tǒng)發(fā)送信號給TSC系統(tǒng)，路口專用信號機(jī)顯示禁止燈位，防止后車跟車進(jìn)入。⑥列車通過路口；路口專用信號機(jī)顯示禁止；道路交通恢復(fù)正常相位輪轉(zhuǎn)。

其中，時(shí)序②中TSC 系統(tǒng)針對路口優(yōu)先的調(diào)整策略可分為2 種，即絕對優(yōu)先和相對優(yōu)先。絕對優(yōu)先即為保證有軌電車優(yōu)先通過路口，TSC 系統(tǒng)在當(dāng)前信號燈相位關(guān)系中插入有軌電車優(yōu)先相位，有軌電車駛離路口區(qū)域后恢復(fù)正常相位。相對優(yōu)先即TSC 系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前道路交通信號燈相位關(guān)系進(jìn)行分析判斷，延長有軌電車行車方向綠燈周期或縮短沖突相位紅燈周期。兩者的優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

表2 TSC 調(diào)整策略比較

考慮到有軌電車對社會(huì)交通影響，為了平衡有軌電車和道路交通通行效率，普通平交路口建議使用相對優(yōu)先的策略[4]，僅在特殊平交路口采用絕對優(yōu)先的策略。

3.2 出站路口優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案

路口前有站臺(tái)的且站臺(tái)距離路口較近（小于請求點(diǎn)部署距離原則時(shí)），該類路口需特殊考慮路口優(yōu)先辦理的實(shí)際，通過司機(jī)按壓車載優(yōu)先按鈕的方式辦理請求。

具體優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案時(shí)序如下：①列車進(jìn)入站臺(tái)，停站，并進(jìn)行上下客作業(yè)。②列車上下客中途或停站作業(yè)結(jié)束后，司機(jī)適時(shí)按壓車載優(yōu)先請求按鈕，發(fā)送優(yōu)先請求。③優(yōu)先請求信號通過無線通信連接OLC 系統(tǒng)，OLC 系統(tǒng)發(fā)請求信息至TSC 系統(tǒng)；信號被接受，司機(jī)視路口專用信號機(jī)燈位，可準(zhǔn)備發(fā)車。④前方路口專用信號機(jī)顯示信號即將轉(zhuǎn)換或允許通行時(shí)，列車離站。⑤列車通過進(jìn)入檢測點(diǎn)，OLC 系統(tǒng)發(fā)送信號給TSC 系統(tǒng)，路口專用信號機(jī)顯示禁止，防止后車跟車進(jìn)入。⑥列車通過路口，道路交通恢復(fù)至正常相位。

3.3 含岔區(qū)路口優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案

路口內(nèi)含有道岔且岔區(qū)距離路口較近（小于一個(gè)車長時(shí)），該類路口需考慮CBI 系統(tǒng)、OLC 系統(tǒng)、TSC 系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，確保路口專用信號機(jī)顯示與道岔區(qū)進(jìn)路表示器保持協(xié)調(diào)一致，即路口專用信號機(jī)顯示通行時(shí)有軌電車進(jìn)路需同時(shí)確保已辦理成功。

具體優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案時(shí)序如下：①列車經(jīng)過請求點(diǎn)，檢查進(jìn)路開放情況，若不一致，OLC 系統(tǒng)向CBI 系統(tǒng)申請同方向進(jìn)路信息，待與通行方向一致的進(jìn)路信號已開放，向TSC 系統(tǒng)申請?jiān)摲较騼?yōu)先控制信號。②優(yōu)先請求信號被接受，道路交通控制器調(diào)整配時(shí)及相位。③前方路口允許通行，路口專用信號機(jī)點(diǎn)亮通行燈位。④列車通過進(jìn)入檢測點(diǎn)，OLC 系統(tǒng)發(fā)送信號給TSC 系統(tǒng)，路口專用信號機(jī)顯示禁止，防止后車跟車進(jìn)入。⑤列車通過路口，道路交通恢復(fù)至正常相位。

3.4 出入場段路口優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案

為兼顧社會(huì)交通的通行效率和有軌電車的運(yùn)營效率，避免出現(xiàn)進(jìn)路表示器和路口專用信號機(jī)沖突的情況?？紤]到有軌電車出入段路口限速、進(jìn)路命令辦理耗時(shí)較長，為減少對道路通行效率的影響，因此，該類路口需聯(lián)動(dòng)考慮，提供不同于其他路口的優(yōu)先功能。

出入段路口優(yōu)先方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：一是有軌電車優(yōu)先采用插入相位的絕對優(yōu)先方式[5]；二是進(jìn)出車輛段時(shí)，有軌電車優(yōu)先申請進(jìn)路，待進(jìn)路辦理完成后，再申請優(yōu)先；三是為避免有軌電車出入段時(shí)，司機(jī)需要在多處觀察信號機(jī)，故將進(jìn)路表示器及路口專用信號機(jī)并排布置。司機(jī)觀察2 架信號機(jī)顯示一致時(shí)，方可操作通行。

依據(jù)是否有有軌電車優(yōu)先，將道路交通分為5 個(gè)不同階段，具體階段見表3。

表3 出入場段路口階段表

在正常階段時(shí)，無有軌電車出入車輛段，相位在2個(gè)階段（正常階段一、正常階段二）之間輪轉(zhuǎn)。當(dāng)有軌電車正線運(yùn)行通過時(shí)，若處于正常階段二，則采用插入相位方式轉(zhuǎn)至優(yōu)先階段一，待有軌電車通過路口后，結(jié)束該優(yōu)先階段；若處于正常階段一，則直接進(jìn)入優(yōu)先階段一。當(dāng)存在有軌電車需要出入車輛段時(shí)，采用插入相位的方式，根據(jù)來車的方向，進(jìn)入優(yōu)先階段二或優(yōu)先階段三。

具體優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案時(shí)序如下：①列車經(jīng)過預(yù)告點(diǎn)，OLC 系統(tǒng)將預(yù)告命令發(fā)送至TSC 系統(tǒng)。②列車經(jīng)過請求點(diǎn)，司機(jī)同時(shí)通過車載進(jìn)路辦理按鈕辦理對應(yīng)方向進(jìn)路（正線運(yùn)行或者出入段），若該列車為正線運(yùn)行，進(jìn)路辦理信息通過無線通信發(fā)送至CBI 系統(tǒng)；若該列車為出入段進(jìn)路，該信息通過無線通信發(fā)送至OLC 系統(tǒng)；同時(shí)，OLC 系統(tǒng)獲取路口優(yōu)先請求命令。③OLC 系統(tǒng)發(fā)送進(jìn)路辦理命令至CBI 系統(tǒng)，CBI 系統(tǒng)辦理進(jìn)路。④CBI 系統(tǒng)進(jìn)路辦理成功后，發(fā)送進(jìn)路確認(rèn)信息至OLC 系統(tǒng)；OLC 系統(tǒng)此時(shí)向TSC 系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)路口優(yōu)先請求命令。⑤TSC 系統(tǒng)采用絕對優(yōu)先策略，隨即開放過渡及通行信號，將信號發(fā)送至OLC 系統(tǒng)。⑥OLC 系統(tǒng)判斷進(jìn)路方向和路口通行方向一致后，開放路口專用信號機(jī)通行信號。⑦司機(jī)觀察進(jìn)路表示器及路口專業(yè)信號機(jī)，顯示一致時(shí)，可駕駛列車通過路口。⑧OLC 系統(tǒng)獲取列車通過離開檢測點(diǎn)時(shí)，向TSC 發(fā)送出清命令，TSC 結(jié)束優(yōu)先階段結(jié)束，恢復(fù)正常階段相位。

3.5 主線-支線路口優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案

為兼顧社會(huì)交通的通行效率和有軌電車的運(yùn)營效率，避免出現(xiàn)進(jìn)路表示器和路口專用信號機(jī)沖突的情況。考慮到主線-支線路口有軌電車進(jìn)路多，有軌電車和道路交通的沖突情況多，為減少有軌電車及道路交通效率的影響，因此，該類路口需聯(lián)動(dòng)考慮，提供不同于其他路口的優(yōu)先功能。

主線-支線路口優(yōu)先方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：一是應(yīng)采用相對優(yōu)先模式控制，即相位順序保持不變；二是有軌電車通過路口時(shí)，采用伴隨點(diǎn)燈，即不將是否有優(yōu)先請求作為路口專用信號機(jī)開放的必要條件，每當(dāng)相位輪轉(zhuǎn)到有軌電車的通行，且對應(yīng)方向的進(jìn)路亦辦理成功，則路口專用信號機(jī)開放通行；三是當(dāng)路口被有軌電車占用時(shí)，路口專用信號機(jī)顯示無法開放通行；四是在請求點(diǎn)至路口專用信號機(jī)的區(qū)域，不會(huì)出現(xiàn)超過1 列有軌電車；五是建議支線交路路口社會(huì)交通左轉(zhuǎn)禁止掉頭[6]。

列車在主線-支線路口單車到達(dá)時(shí)，具體優(yōu)先聯(lián)動(dòng)方案時(shí)序如下：①列車經(jīng)過預(yù)告點(diǎn)，OLC 系統(tǒng)將預(yù)告命令發(fā)送至TSC 系統(tǒng)；②列車經(jīng)過請求點(diǎn)，OLC 系統(tǒng)將優(yōu)先請求命令轉(zhuǎn)發(fā)至TSC 系統(tǒng)；③TSC 系統(tǒng)調(diào)整配時(shí)，在即將開啟通行前10 s，將允許進(jìn)路辦理信號發(fā)送至OLC 系統(tǒng)，該信號保持高電平直至該相位結(jié)束前10 s；④OLC 系統(tǒng)根據(jù)TSC 系統(tǒng)反饋的允許進(jìn)路辦理狀態(tài)和當(dāng)前進(jìn)路狀態(tài)，發(fā)送進(jìn)路辦理命令至CBI 系統(tǒng)；對于每次請求，OLC 系統(tǒng)僅辦理一次進(jìn)路；⑤有軌電車CBI系統(tǒng)辦理進(jìn)路；⑥TSC 系統(tǒng)開放通行后，將通行信號發(fā)送至OLC 系統(tǒng)；⑦進(jìn)路辦理完，OLC 系統(tǒng)判斷進(jìn)路方向和路口通行方向一致后，開放路口專用信號機(jī)通行信號；⑧若路口前有站臺(tái)，列車需停站，當(dāng)已完成上下客停站作業(yè)，司機(jī)便可駕車通過路口，若未完成上下客停站作業(yè)；若路口前無站臺(tái)，則司機(jī)根據(jù)路口專用信號機(jī)通行信號駕駛列車通過路口；⑨若列車未按照預(yù)期進(jìn)入路口，則TSC 系統(tǒng)會(huì)再開放一次通行，結(jié)合進(jìn)路辦理情況，OLC 系統(tǒng)再次開放路口專用信號機(jī)；⑩若二次開放后，列車仍在站臺(tái)停站，可在停站即將結(jié)束時(shí)，通過按下車載優(yōu)先請求按鈕再次補(bǔ)發(fā)請求/進(jìn)路辦理命令?；蛲ㄟ^中心再次補(bǔ)發(fā)請求/進(jìn)路辦理命令。

主線-支線路口系統(tǒng)交互信息示意如圖1 所示。

圖1 主線-支線路口系統(tǒng)交互信息示意圖

列車在主線-支線路口多車到達(dá)時(shí)，為保證多方向通行效率，TSC 系統(tǒng)有如下調(diào)整原則：若在某列車通行相位，列車請求通行，在不超出最大綠的前提下，即使請求出現(xiàn)在綠燈最后時(shí)刻，TSC 系統(tǒng)可為該列車延長綠色至其通過路口。若輪轉(zhuǎn)到后車通行相位所需的時(shí)間更短，且后車請求時(shí)間在后車通行相位前，則TSC系統(tǒng)優(yōu)先處理后車請求。如圖2 所示，前車為相位二通行，后車為相位一通行，前車在相位三時(shí)請求，后車只要在所示陰影區(qū)域內(nèi)請求，那么TSC 系統(tǒng)則會(huì)優(yōu)先處理后車請求開放相位一，再處理前車請求。若前車由于某種原因未進(jìn)入路口，那么OLC 系統(tǒng)將不再接收后車來自請求點(diǎn)的命令，直至前車進(jìn)入路口。

圖2 后車優(yōu)先通行請求窗口示意圖

4 結(jié)束語

本文結(jié)合有軌電車信號中平交路口優(yōu)先控制系統(tǒng)的功能場景，針對普通平交路口以及出站路口、含岔區(qū)路口、出入場段路口和主線-支線路口等4 類典型平交路口，提出了信號聯(lián)動(dòng)方案，包含進(jìn)路辦理時(shí)機(jī)、優(yōu)先請求時(shí)機(jī)、道路交通優(yōu)先控制策略等方面的選擇等。出站路口特點(diǎn)為不設(shè)置對應(yīng)請求點(diǎn)，通過司機(jī)按壓車載優(yōu)先按鈕的方式請求；含岔區(qū)路口的特點(diǎn)為OLC 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)CBI 系統(tǒng)，保證道岔進(jìn)路表示器與路口專用信號機(jī)顯示一致；出入場段路口特點(diǎn)為TSC 系統(tǒng)采用絕對優(yōu)先控制策略，同時(shí)OLC 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)CBI 系統(tǒng)優(yōu)先請求進(jìn)路；主線-支線路口特點(diǎn)為TSC 系統(tǒng)采用伴隨點(diǎn)燈策略，同時(shí)具備二次開放及多車通過的優(yōu)先管理功能。上述方案研究對現(xiàn)代有軌電車項(xiàng)目中路口優(yōu)先方案的設(shè)計(jì)提供借鑒，并可在有軌電車項(xiàng)目中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。