有轨电车信号系统中的交通信号控制及显示系统研究

景顺利，王 恒

（南京恩瑞特实业有限公司，江苏南京 211106）

近年来，随着城市交通面临的压力越来越大，轨道交通系统在城市交通体系中所起的作用越来越大。但是地铁、轻轨、磁悬浮等的巨额造价以及漫长的建设周期，限制了其在中小城市的发展。面对目前迫切的交通需求，造价低、建设周期短的现代有轨电车作为一种单位能耗少、无污染、运输能力大的交通方式受到了认可。现代有轨电车在我国正面临新一轮的建设热潮，其中，广州、南京、沈阳、上海、苏州等城市已经有运营的有轨电车线路，淮安、常州、成都等地的现代有轨电车也处于建设中，并且很多中小城市也将现代有轨电车积极纳入城市综合交通规划当中。

目前国内地面城市轨道交通信号系统中，一般都是采用人工值守的方式保障列车在交叉路口的安全通行。在列车通过交叉路口期间，运营调度中心、车载控制器、交叉路口三者之间的信息交互需要借助于环路和轨道电路，且三者之间不能进行实时通信，造成调度中心调度人员无法实时观察列车即将通过或者通过交叉路口的交通信号状态。

1 信号系统组成

有轨电车信号系统是一个满足快速、高密度、不间断运行要求的安全、可靠、先进、完整的系统，主要由图 1 所示的子系统组成。

整个有轨电车信号系统配置如图 2 所示。

图1 有轨电车信号系统组成图

2 交通信号控制

图2 信号系统配置图

有轨电车线路一般位于地面，只有特殊情况下，部分路段采用高架或地下隧道的形式。在区间享有专用路权或与社会车辆混行，无论采用哪种方式，都不可避免在路口与其他社会车道之间存在着平面交叉，平交路口的交通信号对有轨电车的运行效率及安全有较大影响。为保证有轨电车快捷、安全运行，有轨电车信号系统中配置了交叉路口控制系统，如图 2 所示，实现有轨电车与社会车辆在交叉路口交通信号的控制，实现各种交通有序、高效运行。

2.1 交通信号控制方式

信号系统通过人工控制和自动控制 2 种方式，实现对交通信号的控制。

（1）人工交通信号控制方式为中心调度员通过调度系统界面，人工优先请求和人工优先请求取消操作向交叉路口控制器发送交通信号控制指令，交叉路口控制器根据接收到的指令控制交通信号的开放和关闭，并反馈交通信号状态在运营调度系统界面实时显示。

（2）自动交通信号控制方式是根据列车的移动自动触发交通信号的开放和关闭，即当列车接近交通信号并且需要通过时，通过交叉路口控制器触发交通信号开放；当列车通过路口后，通过交叉路口控制器触发交通信号关闭，并反馈交通信号状态在运营调度系统界面实时显示。

2.2 系统交互

2.2.1 人工控制交通信号

人工控制交通信号信息交互如图 3 所示。

运营调度中心与交叉路口控制器、交通信号控制器的信息交互步骤如下：

（1）运营调度中心与交叉路口控制器通过轨旁有线环网建立通信；

（2）运营调度中心周期性地向交叉路口控制器发送心跳报文，以便交叉路口控制器明确当前运营调度中心的状态，同时交叉路口控制器周期性地向运营调度中心发送状态报文，以便控制中心明确与当前交叉路口控制器的连通状态；

（3）运营调度中心通过无线列调与有轨电车司机确认当前运行位置后，向每个交叉路口控制器发送人工请求优先和人工请求优先取消命令；

（4）交叉路口控制器收到人工请求优先命令后，向交通信号控制器发送人工请求优先指令；交叉路口控制器收到人工请求优先取消命令后，向交通信号控制器发送人工请求优先取消指令；

（5）交叉路口控制器向运营调度中心反馈操作指令的执行结果；

（6）交叉路口控制器将反馈继电器的吸起、落下状态用于运营调度系统，显示交通信号控制系统状态。

2.2.2 自动控制交通信号

自动触发交通信号请求优先交互如图 4 所示。

自动触发交通信号请求优先时，车载控制器与交叉路口控制器、交通信号控制器的信息交互步骤如下：

图3 人工控制交通信号交互示意图

（1）车载控制器通过定位信标获取列车即将接近交叉路口，向交叉路口控制器发送交通信号请求优先指令；

（2）交叉路口控制器收到请求优先指令后，向交通信号控制器发送请求优先指令；

（3）交叉路口控制器向运营调度中心、车载控制器反馈请求优先指令的执行结果；

（4）运营调度系统根据请求优先反馈结果更新界面显示。

自动触发交通信号请求优先取消交互如图 5 所示。

（1）车载控制器通过定位信标获取列车通过交叉路口，向交叉路口控制器发送请求优先取消指令；

（2）交叉路口控制器收到请求优先取消指令后，向交通信号控制器发送请求优先取消指令；

（3）交叉路口控制器向运营调度中心、车载控制器反馈请求优先取消指令的执行结果；

（4）运营调度系统根据请求优先取消反馈结果更新界面显示。

2.3 显示符号集

为了在人机界面显示线路上交通信号状态，运营调度系统定义了 1 组用于交通信号系统状态显示的符号集，即：优先请求状态（图 6）、优先请求取消状态（图 7）、数据无效状态（图 8），用于运行调度系统人机界面实时显示交叉路口交通信号状态。

2.4 交通信号状态显示

图4 自动触发交通信号请求优先交互

图5 自动触发交通信号请求优先取消交互

在实际运营过程中，运营调度系统界面上交通信号状态显示如图 9 所示。有轨电车信号系统中交通信号状态更新显示步骤如下。

（1）调度员通过人工操作指令向交叉路口控制器发送请求优先指令，交叉路口控制器接收到指令后通过干接点向交通信号控制器下发指令，同时交叉路口控制器的继电器吸起，并反馈继电器的吸起状态，运营调度系统根据接收的反馈的继电器吸起状态，更新界面交通信号的请求优先状态。

图6 道口优先请求符号显示

图7 道口优先请求取消符号显示

图8 道口优先请求数据无效符号显示

图9 交通信号状态显示

（2）调度员通过人工操作指令向交叉路口控制器发送请求优先取消指令，交叉路口控制器接收到指令后通过干接点向交通信号控制器下发指令，同时交叉路口控制器的继电器落下，并反馈继电器的落下状态，运营调度系统根据接收的反馈的继电器落下状态，更新界面交通信号的请求优先取消状态。

（3）当有轨电车接近交叉路口时，交叉路口控制器获取电车接近信息，并向交通信号控制器发送请求优先指令，同时交叉路口控制器的继电器吸起，并反馈继电器的吸起状态，运营调度系统根据接收的反馈的继电器吸起状态，更新界面交通信号的请求优先取消状态。

（4）有轨电车离开交叉路口时，交叉路口控制器获取电车离去信息，向交通信号控制器发送取消优先指令，同时交叉路口控制器的继电器落下，并反馈继电器的落下状态，运营调度系统根据接收的反馈的继电器落下状态，更新界面交通信号的请求优先取消状态。

运营调度系统与交叉路口控制器的信息交互采用UDP 协议通过网口通信。交叉路口控制器与车载控制器信息交互采用 UDP 协议通过网口通信。交叉路口控制器与交通信号系统信息交互采用干接点方式进行通信。

3 结束语

通过使用上述方法，交叉路口无需人工值守，只需调度中心调度人员远程监控各路口状态，减少了人力投入。能够实现线路各交叉路口状态在运营调度中心显示屏上实时显示；同时调度中心调度人员可以通过人工优先请求和人工优先请求取消操作命令控制各交通信号控制器。根据运营调度系统中对列车的跟踪显示，调度人员能够及时掌握每列车在即将通过的交叉路口交通信号是否处于请求优先状态，以及列车离开交叉路口时交通信号是否处于请求优先取消状态，若处于不正确状态可以及时通过人工操作命令进行人工干预。