智轨信号系统关键技术方案研究

赵 帅

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广州 510000）

1 概述

近年来，随着中国城市规模和人口数量的不断扩大，交通拥堵成为城市发展过程中较为棘手的问题，在城市轨道交通和道路公共交通之外，人们寻求一种新的解决方式，来解决大城市城郊、中小城市城区以及“最后1公里”的出行问题。由中车株洲电力机车研究所研制的一种新型城市交通方案——智能轨道快运系统（Autonomous Rail Rapid Transit，ART），智轨列车采用目前轨道交通中流行的100%低地板设计，其可双向行驶的多编组胶轮车，是一种具有轨迹跟随能力的全电驱动的新型胶轮列车。智轨采用虚拟轨道导向，只需路面喷涂轨迹标识线，无需物理轨道铺设。智轨列车可适应多种路权形式，在半专有路权下，智轨列车可基于图像识别、车地通信、线控转向等技术进行有人操控的辅助驾驶，也可由司机操纵方向盘跟踪地面轨迹线行驶，在专有路权下，可基于视觉、雷达、激光等感知融合的车辆纵横向控制，实现有人值守的全自动驾驶。

智轨作为一种全新的城市交通解决方案，具有与城市轨道交通、现代有轨电车等其他交通方式不同的特点，下节将论述智轨系统的特点。

2 智轨系统的特点

智轨是一种新型全电驱动的新型胶轮列车，无物理轨道，基于图像识别、车地通信、线控转向等技术，智轨列车沿地面标线行驶。智轨系统特点可概括如下。

1）资金成本投入低

无需铺设钢轨，对道路破坏性小；整车重量小，单轴承载低，在既有路面，无需对桥梁进行结构加强；可借助现有的道路交通管理系统，在运输道路上的信号系统无需大批量、大投入改造。

2）基础建设周期短

以绘制地面标志线代替钢轨铺设，施工期短；可借用城市现有道路运营，缩短了道路规划、拆迁和建设周期，预计从项目立项到全部运力上线仅需12个月。

3）运营灵活、适应性高

无需铺设钢轨，可采用共享路权方式，运营线布置灵活；发生交通拥堵或事故时，可以绕道行驶，调度灵活；转弯半径小，双向行驶，可以在老城区相对狭窄的道路运行。

3 株洲智轨信号系统方案研究

株洲智轨工程线路基本沿地面敷设，与地面公共交通交叉运行，因此传统轨道交通的信号系统并不适用，应采用人工驾驶为主的方式保证行车安全。智轨无物理轨道，因此株洲智轨信号系统主要包括调度管理系统、车地无线通信系统、路口优先控制系统和车载信号系统。系统架构如图1所示，轨旁传输系统和车地无线通信由通信专业建设。

通过对智轨信号系统需求的分析，其较现代有轨电车信号系统极大精简，在半专有路权的情况下，智轨信号系统核心在于列车定位方式和路口优先的实现方式。智轨与现代有轨电车信号系统主要技术方案对比[1，2]如表1所示。

图1 信号系统架构图Fig.1 Signal system architecture diagram

表1 智轨与现代有轨电车信号系统主要技术方案对比表Tab.1 Comparison of main technical schemes of ART and modern tram signal system

4 列车定位

控制中心是保证智轨列车安全、准时、可靠和高效运行的基本保障设施，需要对全线智轨列车进行自动监视，完成对列车的行车调度和紧急事件处理。因此列车的定位是必要的。

现代有轨电车列车定位的方式有多种，目前国内广泛采用基于“卫星定位+信标”的组合定位方式[3]。由于智轨系统无物理轨道敷设，因此传统城市轨道交通制式系统安装在轨道的定位设备无法应用，仅仅采用卫星定位又会存在定位误差，且列车在经过高架桥下或地下等地段会造成定位丢失，因此智轨的定位采用以“卫星全球定位技术+电子地图”的组合定位方式，以卫星定位为主[4]，通过列车速度和线路数据库等信息对列车位置进行校正。在列车内安装卫星定位终端设备，通过差分计算[5]，获得列车当前位置，结合列车当前速度和线路数据信息对列车位置进行校正，并将列车准确位置通过车地无线通信系统发送至控制中心运营调度管理系统，经处理后在调度大厅大屏幕上显示列车所在位置。

5 路口优先

在半专有路权下，智轨列车与社会车辆共享路口路权，行车效率主要受制于路口通过，如果列车频繁在路口前停车增加启停次数，则会降低行车效率[6]。在交叉路口处配置路口优先控制系统，通过与市政交通信号控制系统接口，采用适当的优先控制策略，实现提高路口通过效率，保证运行准点高效的目的。路口控制模式通常有绝对优先和相对优先两种方式[7]。绝对优先控制可以保证有轨电车通过路口的优先权。相对优先方式则不一定能保证智轨列车优先通过路口。

智轨列车通过车地无线通信系统将优先请求信息发送至地面有线传输系统，路口信号优先控制器通过地面有线传输系统获取车辆优先请求信息，并将相应的车辆优先请求信息发送至道路交通信号控制机，由其进行优先处理。车载控制单元实时向路口信号优先控制器发送当前车辆的位置、车速、车辆行车方向等信息，路口信号优先控制器经过信息处理后，向道路交通信号控制机发送优先请求，由道路交通信号控制机实施车辆优先通行策略[8]。

6 结语

随着城市化进程的加快，城市交通拥堵问题日渐凸显，传统城市轨道交通等其他制式交通系统虽然能缓解城市交通压力，但是建造成本高、基础建设周期长及运营灵活性差。智能轨道快运系统凭借其投资低、建设周期短、灵活的运营组织等优势成为交通运输领域新的关注热点。本文主要对信号系统关键技术方案进行研究，通过对智能轨道快运系统特点的分析，对关键技术进行分析研究，旨在为智轨信号系统设计和建设提供一些借鉴和参考。