武夷山有轨电车列车运行控制系统方案分析

2015-01-01郑建宁

铁道通信信号 2015年12期

关键词：目视信号机信号系统

郑建宁

武夷新区旅游观光有轨电车工程，功能定位为旅游观光线路，车站不设站台门，列车进站停车时无需考虑车门与站台门对齐，因此没有精确定位的功能需求。结合线路条件及运营需求，总结该工程的特点如下。

1．行车密度不大，初、近、远期追踪间隔分别为10min、4min、3．2min，追踪间隔明显大于地铁。

2．平均站间距大，达到3．168km。正线线路仅设置9座车站，最大站间距为7．665km，最小站间距0．92km，站间距大都比地铁长。

3．线路条件较好。最小曲线半径为250m，行车计算限速60km／h，列车在曲线段运行时，发生超速危险的概率不大。

4．速度要求较高。区间最大速度可达63km／h，线路旅行速度为48．4km／h，高于一般有轨电车30km／h的旅行速度。

1 信号系统方案

线路定性为专享路权的全封闭有轨电车线路，运营性质与地铁、轻轨等城市轨道交通项目相似，但行车密度和运行速度相对较低。在充分结合线路特点和运营需求的前提下，信号系统配置方案如图1所示。

图1 信号系统总体结构示意图

1．运营调度管理系统，用于编制和管理行车计划，实现对全线运营列车的监视。

2．道岔控制系统，对正线道岔进行安全控制，实现道岔区段内转辙机、信号机、轨道区段间正确的联锁关系。

3．车载信号系统，与运营调度管理系统、道岔控制系统相结合，实现对车辆和道岔的控制，并给司机提供必要的驾驶辅助信息和告警信息。

4．车辆段联锁和集中监测系统，对段内的调车作业进行集中控制，实现段内进路上的道岔、信号机和轨道区段的联锁功能，保证段内调车作业及进、出段作业的安全。

5．乘客信息显示系统，在车站站台用以发布列车的到发信息，从而给乘客的出行提供便利。

2 正线列车运行控制系统方案

列控系统是保证列车运行安全的核心设备。通常信号系统可选的控制方案包括：列车自动驾驶（ATO）、列车超速防护（ATP）、自动闭塞、站间闭塞或仅具备联锁功能的目视追踪等。

1．ATO系统。实现对列车运行状态的合理控制，提供自动加速、制动、计算节能运行曲线、精确定位停车、车门与站台门联动、准确对位以及自动折返等功能。ATO系统目前广泛应用于城市轨道交通工程中，可适应较大运量、高行车密度及高正点率等运输需求，并能有效降低司乘人员的劳动强度。由于本线追踪能力要求不高，且不需要精确定位停车，为节省投资，无需配置ATO系统。

2．ATP系统。主要包括用于国铁客运专线或高速铁路的CTCS－2级和CTCS－3级系统，以及用于城市轨道交通的点式ATP系统。3种ATP系统均以闭塞分区边界作为防护目标点，其基础是必须在区间设置闭塞分区，因此沿线需安装轨道占用检查设备。

CTCS－3级列控系统需要配置GSM－R无线通信网络，该网络专属于铁路总公司，一般用于国铁客运专线，不会对外提供服务，显然不适用于本工程。CTCS－2级列控系统采用移频轨道电路作为轨道占用检查和列控信息传输设备，而本线为直流牵引、走行轨回流，与移频轨道电路不能兼容，故CTCS－2级列控系统也不能适用于本工程。点式ATP系统作为无线CBTC系统的过渡和降级后备控制系统，在城市轨道交通中有广泛的应用，其技术比较成熟，因此原则上讲，本线列控方案可采用点式ATP系统，但是，这样会大大增加信号系统工程投资，据初步估算，工程投资约增加11700万元。此外，点式ATP主要设备需放置于室内，沿线需要配置设备用房，这对位于城区道路的有轨电车工程而言要求比较苛刻，也不符合本工程环境适应性要求及景观要求。

3．自动闭塞。将区间分割为若干闭塞分区，允许在同一站间区间内有多列列车同时运行的行车方式，其目的是减小追踪间隔、提高行车组织能力。自动闭塞系统也需要配置大量的室内设备和沿线信号机，能否与现场条件相适应需要进一步慎重研究。其控车基础仍是目视行车，只不过采用自动闭塞时司机确认的是信号机，不采用此系统时，司机确认的是与前方列车的距离。

4．站间闭塞。指在一个站间区间内只允许有1列列车运行，这就大大限制了行车能力，虽然可实现本线初期10min追踪间隔，但不能满足近、远期小于4min追踪间隔的要求，也不能适应特殊情况下应急疏散景区旅客的能力需求。

此外，站间闭塞同样需要配置设备房屋，并要安排车站值班员办理闭塞、确认区间空闲，因此与前述几种控车方案相比，对环境适应性没有本质上的改善。

5．目视追踪。指在不配置列车控制系统的条件下，以司机目视路况驾驶为前提，司机对安全负责，车载信号系统提供必要的提示、告警信息。有轨电车线路所处的环境通常在开放空间，速度要求不会太高，驾驶和乘坐的感觉类似公交车，即使出现意外事故，人员疏散和换乘较为容易，因此可考虑不配置列控系统，而采用目视控车方式。

有轨电车车辆本身的制动能力强，操控性较好，也为目视控车提供了有利条件。以本线最高运行速度63km／h、最大下坡33‰坡度为最不利条件计算，车辆常用制动减速度为1．2m／s2，制动距离约为175m；紧急制动减速度为2．8m／s2，制动距离约为62m。若考虑司机确认、操控反应和车辆制动延时等共10s的空走时间，则制动距离分别为350m和237m，制动及反应时间约为30s和17s。也就是说，只要保证前后车距离，或运行前方防护信号机的距离不小于350m的范围内，司机可视，并确认空闲，则能实现最不利情况下的行车安全。

3 工程列车控制方案选择

实际上，是否采用列控系统进行超速防护，在国铁标准中有明确规定。只有当速度超过160km／h时，才必须配置列控系统。而当速度较低时，司机有足够的时间确认信号、控制列车，因此可以根据地面信号显示目视行车。

城市轨道交通虽然速度不如国铁，但均配置列控系统，其原因是列车追踪间隔小，站间距短，需频繁起停列车，且准点率要求较高，车站停车精度要求较高，操控列车的劳动强度大，若仅凭人工控制，司机将长期处于紧张状态下，极易发生事故，而一旦出现事故，乘客疏散比较困难，同时恐慌情绪会迅速蔓延，其负面影响巨大，运营风险不容忽视，因此必须采用列控系统实施安全防护。

结合有轨电车工程的车辆制动能力强、追踪间隔要求不高、开放空间容易疏散乘客等有利条件，综合考虑节省投资、简化设备配置、提高与环境的适应性等因素，得出武夷新区旅游观光有轨电车工程正线最为合理可行的列车控制方案为目视追踪方案，由司机目视路况，根据与前车距离或信号机显示操控列车。信号系统车载设备可提供前后车距离、前方信号机距离、本车速度等辅助驾驶信息，可帮助司机在弯道、雾霾天气和夜间等视线不好情况下控制距离、安全驾驶。根据前面对制动距离的估算，当车辆以最高速度运行时，应尽量保持前后列车距离不小于350m，以保证行车安全。

据统计，我国目前已开通的现代有轨电车项目均按目视追踪方式控车，车载设备用以提供驾驶辅助信息。与本线不同的是，其他项目多为非独享路权线路，存在与道路交通的交叉路口，因此也无法完全由信号系统来保证安全，只能被动地放弃列控系统，目前来看尚能安全运行，这也为本线选择目视追踪的控车方案提供了一定的参考依据。