现代有轨电车信号系统互联互通

刘磊

【摘 要】近年来，现代有轨电车在大城市郊区和中小城市陆续兴建起来。随着现代有轨电车逐期分阶段的建设，区域线网规模将逐渐形成，网络内各条线路间互联互通的运营需求也将逐渐显现出来，并日趋紧迫。本文提出了两条有轨线路的不同信号系统之间实现互联互通的方案，为线网后续线路建设提供思路和参考。

【关键词】现代有轨电车；道岔控制；平交路口；优先控制

Interconnection of Modern Tramway Signal System

LIU Lei

（Shanghai Fuxin Intelligent Transportation Solutions Co.，LTD.，Shanghai 201705，China）

【Abstract】In recent years， modern tramways in the metropolitan suburbs and small and medium-sized cities have been built. With the construction of modern tramways in phases， the scale of regional network will gradually form， the interconnection between the lines of the network between the operational needs will gradually appear out， and increasingly urgent. This paper provides several solutions for the interconnection between different signal systems of two rail lines， and the reference and communication of follow-up line construction.

【Key words】Modern tramway； Switch control； Level crossing； Priority control

0 引言

20世纪90年代以来，全球掀起了一股現代有轨电车复兴热潮，中国现代有轨电车市场也随之不断升温，随着轨道及有轨电车技术的发展，100%低地板现代有轨电车在节能、环保、运能、速度、安全和舒适等运营性能上有了质的提高，开始日益受到市场和行业的广泛关注。目前全国已有大连、长春、上海、天津、沈阳、南京、苏州、广州、青岛、淮安和红河州等11座城市先后开通运营；并有成都、武汉、泸州等20多个在建城市；正在规划的城市也已超过100个。预计在2020年前，现代有轨电车将进入大规模建设阶段，成为一种重要的城市轨道交通方式。

各地有轨电车规划绝大多数为网络性规划，目前在建和开通运营线路普遍为单条线路。少数地区建成或在建线路为一次性建成的两条或三条线路，一般这两三条线路间有交叉点，或者有共线运营的公共线路。如沈阳在运营的1-4号线和武汉光谷在建的1、2号线。同期建成的线网内各条线路信号系统均为同一家供应商，天然满足互联互通需求。随着其他地区后续线路的建设，各条有轨线路的不同信号系统之间互联互通的功能需求将逐渐凸显出来。现代有轨电车信号系统不仅是确保现代有轨电车安全可靠运行的重要条件，而且还是提高现代有轨电车运营效能的有效手段。信号系统的互联互通对于有轨电车线网的共线运营和线网间组合交路运营是必要的前提条件。

本文根据各地在建的有轨电车信号系统架构的现状，按照不同的架构特点提出后续线路建设的互联互通方案并进行分析。

2 现代有轨电车信号系统架构

不同线路间信号系统的互联互通与各个信号系统的系统架构息息相关，本章节首先对现代有轨电车信号系统的设备架构进行简要介绍。目前各地现代有轨电车信号系统的系统架构从调度管理的角度可分为独立运营调度管理和综合运营调度管理方式。

2.1 独立运营调度管理

独立运营调度管理是信号系统具备单独的调度管理平台，进行有轨电车的行车指挥和信号设备的控制管理。早期招投标的线路一般采用独立运营调度管理方式，如苏州有轨1号线、沈阳有轨、珠海有轨、淮安有轨等。

独立运营调度管理方式的信号系统由中央独立运营调度子系统、道岔控制子系统、路口优先控制子系统和车载子系统构成。其中道岔控制子系统位于轨旁，向独立运营调度子系统发送轨旁设备状态，从独立运营调度子系统接收道岔和信号机控制命令信息。路口优先控制子系统位于轨旁，向独立运营调度子系统发送轨旁设备状态和优先模式状态，从独立运营调度子系统接收信号机控制命令和优先模式命令信息。车载子系统位于电车上，向独立运营调度子系统发送列车行车运营实时信息和司机操作信息，从独立运营调度子系统接收司机驾驶辅助信息。车载子系统向道岔控制子系统发送进路命令，道岔控制子系统向车载子系统发送列车所在位置标识号。车载子系统向路口优先控制子系统发送优先请求，路口优先控制子系统向车载子系统发送列车所在位置标识号。独立运营调度管理子系统向乘客信息系统发送列车到站信息。电力监控系统向独立运营调度管理子系统发送电力监控信息。车辆段联锁系统向独立运营调度管理子系统发送车辆段设备状态信息和列车标识号，独立运营调度管理子系统向车辆段联锁系统发送列车标识号。

2.2 综合运营调度管理

综合运营调度管理方式的信号系统是指有轨电车的运营调度管理集成在综合运营调度管理平台上，该平台对正线信号系统、车辆段/停车场联锁和监测设备、车辆监控系统、电力监控系统、传输系统、无线通信系统、乘客信息系统、视频监控系统、广播系统、售检票系统和维护管理系统集成在统一的调度管理平台上，进行有轨电车的行车指挥和信号设备的控制管理。近期招投标的在建线路大多采用综合运营调度管理方式，如深圳龙华、云南红河州、成都IT大道有轨电车项目等。

综合运营调度管理方式的信号系统由中央综合运营调度管理子系统、道岔控制子系统、路口优先控制子系统和车载子系统构成。其中道岔控制子系统和路口优先控制子系统位于轨旁，车载子系统位于电车上，和综合运营调度管理子系统之间传输的信息，与独立运营调度管理系统相同。车载子系统与道岔控制子系统和路口优先控制子系统之间收发的信息，与独立运营调度管理系统的信号系统也相同。信号系统的与乘客信息系统、电力监控系统和车辆段联锁系统之间的互通信息在综合运营调度管理子系统内部完成。

基于现代有轨电车信号系统的以上两类系统架构，下文从保留独立运营调度管理方式和采用综合运营调度管理方式两方面分别给出互联互通方案。

3 独立运营调度管理互联互通方案

本章节以某地区的先期线路1号线（T1）和新建线路2号线（T2）之间实现互联互通为例，根据现代有轨电车信号系统的功能要求和线路建设和运营特点，在保留独立运营调度管理方式系统架构的基础上进行方案讨论。

3.1 新增运营调度管理

新增运营调度管理设备是指保持原有和新建线路的信号系统的各自完整性，互联互通的两条线路具备独立的运营调度管理、轨旁和车载设备的情况下，对接口进行适配。T1和T2的运营调度管理共同实现1号线和2号线共线运营的调度控制管理，1号线和2号线的车载设备兼容两个线路的运营调度管理设备，其线网系统架构框图如下：

T1和T2设备独立，T2具备独立的运营调度管理、轨旁和车载设备。T1和T2骨干网可分离使用，T2可采用独立的骨干网网络。T1和T2的车载设备需实现能够和两个运营调度管理通信。T1和T2的运营调度管理共同实现1号线和2号线共线运营的调度控制管理。

新增独立设备实现线网运营调度管理的方案需要1号线信号系统完成的如下改造：

T1的运营调度管理新增与T2交接车的功能。首先，T1运营调度管理时刻表需扩容，可在T1的运营调度管理上编辑T1和T2共线运营的时刻表。然后，T1运营调度管理需实现与T2运营调度管理接口，互传车次、时刻表、邻近区域设备状态信息（区段、道岔、信号机）和列车位置信息。T2接收来自T1运营调度管理的邻近区域的区段占用、道岔状态和信号机显示状态信息在T2运营调度管理上进行显示和生成报告，使T2运营调度管理界面显示信息具备完整性。T2接收来自T1运营调度管理的时刻表信息、车次号信息和相邻区段占用信息等。当列车从T1运行到T2时，列车位置和早晚点相关的功能得以接续，并能在T2运营调度管理上进行显示、操作和生成报告。反之，当车从T2向T1运行时，T1运营调度管理应接收车次号和相邻区段占用等信息，使得列车位置和早晚点相关的功能得以接续。T2接收来自T1运营调度管理的道岔位置和状态信息还用于T2运营调度管理向运行在T2线路上的列车发送距前方失表道岔距离辅助信息等。

大屏界面增加T2，大屏接口计算机增加与T2运营调度管理接口，接收来自T2运营调度管理的大屏显示数据。

T1车载新增与两个运营调度管理的通信切换功能。

另外，T1信号系统需要开放运营调度管理和车载的接口，以使得T2的运营调度管理和车载的接口协议和数据内容及格式能够与T1的相同，实现安装不同车载设备电车的共线运行。

新增运营调度管理的方案要求2号线信号系统具备如下条件：

对2号线上非1号线共线部分进行行车调度管理。

运营调度管理具备与T1交接车的功能。

运营调度管理具备1号线与2号线相邻处的道岔区域的线路图和设备状态显示。

运营调度管理与车载通信的数据内容和通信协议需要与T1完全相同。以实现列车共线运营中，装备有T1或T2的车载设备的列车运行在T1和T2线路上均能够正常工作。所有车载设备能够接收到来自两条线路的运营调度管理的日期、时间和辅助车载信息，包括距前车距离，到前方失表道岔距离，距前方限速区域距离，限速区长度和限速区限速，前方路口优先状态，准点消息等。两个运营调度管理能够接收来自所有列车的GPS位置数据、位置方向确认和路口优先请求等信息。

车载具备与两个运营调度管理系统通信的切换功能，以实现列车共线运营中，车载与两个运营调度管理系统的通信能够无缝切换。

车地通信设备应与1号线使用相同的设备，以实现列车共线运营中，车载的本地办理进路、路口优先请求和列车定位等功能正常执行。

系统控制和顯示功能也应尽量与T1相同，包括运营调度管理界面显示和操作控制方式做到调度员在使用中无差异，轨旁道岔控制设备和路口控制设备的控制和显示功能与T1一致，以节约调度人员培训成本，避免增加调度的误操作。

该方案具备如下特点：

适用于不具备合用控制中心的互联互通线网。

由于两条线路的中央设备和网络设备相对独立，运营调度管理设备故障后两条线可分段运营。

工程实施、测试和倒接难度小，由于两条线路的中央设备和网络设备相对独立，T2的施工和绝大部分测试不影响T1的正常运营。

两个操作终端，需要更多的调度人员。

原T1运营调度管理设备需要进行变更，成本核算较复杂，可能导致高成本。

接口复杂，难以协调，延长工期。

3.2 替换原有运营调度管理

T1与T2合用新的运营调度管理设备，T2线具备独立的轨旁和车载设备。T1和T2的新运营调度管理设备完成1号线和2号线共线运营的调度控制管理，新运营调度管理兼容原1号线的车载设备，其线网系统架构框图如下：

图4 替换原有运营调度管理系统架构

T1和T2共用T2的运营调度管理设备，轨旁和车载设备独立配置。T1和T2骨干网网络需要在T1的基础上进行增容。T2运营调度管理设备须实现与T1的轨旁和车载设备的接口和通信。T2的运营调度管理完成1号线和2号线共线运营的调度控制管理。

替换原有运营调度管理设备的方案要求T1线路信号系统开放原运营调度管理与轨旁道岔控制、路口控制设备和车载的接口，以使得新的运营调度管理能够与T1的轨旁和车载设备接口和通信。

替换原有运营调度管理设备的方案要求2号线信号系统具备如下条件：

运营调度管理线路和功能设计为T1和T2全部线路。

新运营调度管理设备应实现与T1的轨旁道岔控制、路口控制设备和车载设备的接口。

车地通信设备应与1号线使用相同的设备，以实现列车共线运营中车载的本地办理进路、路口优先请求和列车定位等功能正常执行。

该方案具备如下特点：

一个操作终端，适用T1和T2线路互联互通合用控制中心的线路条件。

工程实施、测试和倒接难度小，由于运营调度管理采用新设备，对原1号线的调度管理功能设备的施工和测试需要在夜间进行，工期较长。

运营调度管理系统故障后两条线路均不具备运营调度管理功能。

对T1现有的运营调度管理设备造成资源浪费。

方案不适于两条线路骨干网络独立的线路。

3.3 原有运营调度管理扩容

该方案T1与T2合用扩容后的T1原有的运营调度管理设备，T2线具备独立的轨旁和车载设备。扩容后的运营调度管理完成1号线和2号线共线运营的调度控制管理，2号线的车载设备兼容原运营调度管理，其线网系统结构框图如下：

T1的运营调度管理设备扩容，T1和T2共用扩容后的T1运营调度管理设备，轨旁和车载设备独立配置。T1和T2骨干网网络需要在T1的基础上进行增容。T1信号系统扩容后的运营调度管理设备需要实现与T2的轨旁和车载设备的接口和通信。扩容后的运营调度管理完成1号线和2号线共线运营的运营管理功能。

扩容的T1运营调度管理系统需要具备T2的线路布置图、设备状态显示和时刻表等运营管理的功能。

T2线路的车地通信设备应与1号线使用相同的设备，以实现列车共线运营中，车载的本地办理进路、路口优先请求和列车定位等功能正常执行。

该方案具备如下特点：

一个操作终端，适用T1和T2线路互联互通合用控制中心的线路规划。

运营调度管理系统故障后两条线路均不具备运营调度管理功能。

方案要求两条线路使用同一骨干网络。

涉及运营调度管理的测试均需要倒接，只能在非运营时间进行，工期长。

原T1运营调度管理设计变更较大，涉及运营调度管理的测试也可以采用临时设备，增加成本。

4 综合运营调度管理互联互通方案

对于线网综合运营调度管理的系统架构，本章节为原1号线线路为综合运营调度管理和原1号线线路为独立运营调度管理两种情况分别给出互联互通方案。

4.1 原有综合运营调度管理

在原有信号系统为综合运营调度管理时，综合运营调度管理系统涵盖的各个系统的容量随着线路的增建不断扩容，中央调度人员在综合运营调度管理平台上实现全网的统一调度管理。综合运营调度管理平台不设置单独的信号系统调度管理设备，增建的新线路在信号调度设备上进行软件扩容，新增的线路只需要提供道岔控制子系统、路口优先控制子系统、车辆段联锁和车载控制的硬件设备。原有综合运营调度管理系统扩容的线网信号系统架构框图如下图所示：

该方案具备如下特点：

统一的运营调度管理操作终端。

综合运营调度管理平台故障后两条线路均不具备运营调度管理功能。

方案适用于两条线路合用骨干网络的线路网络。

涉及新建线路运营调度管理的测试均需要倒接，只能在非运营时间进行，工期较长，或采用临时设备进行测试，增加成本。

原T1运营调度管理设计变更具备预留条件，成本核算清晰。

4.2 原有独立运营调度管理

在原有线路信号系统为独立运营调度管理的情况下，如果新建线路后线网变更为综合运营调度管理方式，系统可采用图6相同的架构，取消原独立运营调度管理设备，新增的综合运营调度管理设备同时与1号线和2号线的轨旁、车载和车辆段子系统进行接口，该方案与上节中阐述的原系统为综合运营调度管理的方案有以下不同的特点：

涉及新建线路运营调度管理的测试可以在运营时间进行，但新增了原有线路的运营调度管理测试，延长了工期。

对原有线路的运营调度管理设备造成浪费。

如果考虑复用原有线路的运营调度管理设备，其系统架构框图如下图所示：

图7 新增综合运营调度管理系统架构

综合运营调度管理平台完成全网时刻表的编辑，将时刻表发送给各线信号系统调度管理设备。从各线信号系统调度管理设备分别采集运行图信息，并进行全网的总体运行图的繪制。综合运营调度管理将线路边界处列车运行方向前方信号系统区域的相邻的道岔位置状态信息、路口优先权状态信息和前方列车位置信息发送给列车运行方向后方的信号系统调度管理设备，以完成车载辅助信息功能。同时各线信号系统调度管理设备的数据库中也应配置共线线路相邻区域的限速区位置、限速区段长度和限速区限速，以完成其余的车载辅助信息功能。

各条线路的信号设备完整独立，每条线路的车载设备能够和网络内所有的信号系统调度管理设备通信。当列车运行至两条线路的边界时，综合运营调度管理平台向列车运行前方区域的信号系统调度管理设备发送车次号，当前与列车通信的信号系统调度管理设备向列车发送通信切换命令或者车载控制设备根据列车位置进行通信切换，如果通信切换未能被正确执行，那么司机将车停在两条线路的联络区段的指定位置，在车载人机界面上人工操作进行通信切换。

系统架构框图中以两条线路的互联互通为例，说明实现互联互通需具备下列接口功能：

统一的操作终端。

由于两条线路的中央设备相对独立，综合运营调度管理设备故障后两条线可分段运营。

方案对两条线路骨干网络的独立性没有要求。

涉及运营调度管理的部分测试只能在非运营时间进行，工期较长。

各个系统设计变更相对较小，成本不大。

5 互联互通方案总结

本文从当前各地项目的现状出发，对信号系统不同的系统架构分别给出了几种方案，各地线网后续线路的建设可根据当前信号系统架构类型，平衡成本和工期选择适合的方案。

[责任编辑：朱丽娜]