沈抚新区有轨电车智慧路口双网融合的应用

马永刚，丁 琳

（通号万全信号设备有限公司，北京 100010）

1 概述

2019年9 月中央印发实施了《交通强国建设纲要》，为全面建成社会主义现代化强国提供了重要支撑，为统筹协调推进交通强国建设指明了方向。随着城市轨道交通建设的蓬勃发展，有轨电车以其独立线路运行安全、电力驱动无污染等优点受到了社会青睐。然而，现阶段有轨电车经过路口时普遍面临等待时间长、旅行速度慢、无优先权、启停耗时耗能、双网分离等问题，降低了社会对有轨电车的认可。

沈抚新区被定位为东北地区改革开放的先行区、优化投资营商环境的标杆区、创新驱动发展的引领区和辽宁振兴发展的新引擎，因此沈抚新区在整体交通建设中的要求更高。基于构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系，沈抚新区有轨电车建设推出双网融合理念，以全新的思路指导示范区的交通建设。双网融合技术的整体思路是将有轨电车与市政交通运行网两张网合二为一、数据交互、统一管理，遵循接口统一、信息兼容、统一控制策略、整体安全可靠的原则，采用新一代的车道检测技术及双网融合的安全算法来控制交通信号相位周期切换，实现有轨电车与市政交通既协同控制又分离独立的控制需求，最大限度地提高路口的运行安全以及路口控制的整体灵活度及效率，为今后进一步实现有轨电车全线路提速奠定基础。

2 双网融合智慧路口建设方案

2.1 系统架构

双网融合信号控制系统基于现代有轨电车与市政道路综合控制理念，总体平台采用双网融合的方式，将有轨电车与市政两张运行网的“控制大脑”合并，涵盖了有轨电车运行系统、有轨电车信号控制系统、市政信号控制系统、道路监控系统、电子卡口系统、路侧单元（RSU）、网络系统等，可提供有轨电车信号和市政道路信号的单点、干线、网状控制，中心监控系统监控和管理整个系统的运行。同时提供标准接口对接急救、公安、消防等相关业务部门，支持上层对接智慧城市平台。该系统架构如图1所示。

图1 系统架构Fig.1 System architecture

2.2 网络架构

有轨电车信号由有轨电车运营单位控制，市政交通信号由交警部门控制，从安全及使用角色两方面来看，两个信号控制网络不可直接联通。如直接联通，会造成信号控制信息的相互干扰，无法保证安全性。本次网络架构采用物理隔离的方式，有轨电车信号控制网与市政信号控制网独立建设，通过顶层的平台接口进行数据交互，保证信号控制网络的安全性。该系统网络架构如图2所示。

图2 网络架构Fig.2 Network architecture

2.3 硬件架构

双网融合智慧路口建设的硬件部分采用车道检测设备（视频检测、雷视检测），双网融合道路交通信号控制柜、交通信号灯、无源信标、毫米波雷达等设备。路口建设硬件架构的主要设备组成及连接如图3所示。

图3 硬件架构Fig.3 Hardware architecture

2.4 车道检测系统

2.4.1 视频车道检测系统

视频车道检测系统利用视频传感器、摄像机等设备与控制主机相连，为双网智慧路口提供车流量、速度、车型分类、交通密度、车辆排队长度、转弯等较全面的交通管理及检测信息，可测算精度保持在90%及以上。视频车道检测技术优点在于单台摄像机可检测多个车道，可为管理人员提供可视图像，使管理更直观。检测控制精度保持在较高水平，能为智慧路口系统提供准确信息数据。

同时，该技术应用过程中对视频车道检测技术中可能存在的问题做了调查与修正，主要是软件方面的调整，以及摄像头本身构造的改进及视频传感器安装位置等方面的加强与完善，以实现较优的功能，获得较好的效益。

2.4.2 雷视车道检测系统

雷视车道检测系统利用内置深度学习算法的雷达视频一体机，基于流量数据融合与校验技术、单点感应控制技术、流量动态干线协调与单点自适应技术、流量+排队长度动态干线协调与单点自适应技术等原理，充分发挥雷达对排队长度、车速、车辆轨迹检测的准确性以及抗环境干扰性，并结合视频对低速物体可视化检测的优越性，最大可满足四车道车流量、速度、车辆排队长度及间距、空间利用率及时间占有率等多项交通数据的输出，支持智能动态信息实时显示。

雷视车道检测技术更为精确、抗干扰性也更强，但设备布置与算法控制也更为复杂，目前有轨电车等城市轨道交通行业领域应用较少。

2.5 双网融合的路口信号控制系统

沈抚新区在建有轨电车工程采用的新电车有着硬核科技水平，这主要体现在可以实现“一路绿灯”的效果。沈抚新电车运行首次引用信号优先独立路权系统，即当电车接近路口时，利用信标、视频检测等定位方式，控制中心根据当前车辆位置信息、运行速度和停站时刻表3个变量进行逻辑算法运算，市政交通与有轨信号协同控制，确保有轨电车到达路口时绿灯通过。

信号控制机采用嵌入式技术和Linux操作系统控制，利用独特的轨交信号控制集成平台，分模块显示各操作控制界面。硬件设计上采用模块化概念，由系统专用控制单元、信号机驱动单元、系统主控单元、供电单元、车载特勤控制单元等组成，实现交通信号的控制及通讯功能。该控制系统可以实现全天候自动控制功能，具备多时段固定配时及自适应协调控制、自动及手动控制切换、遥控感应控制、断电保护等功能，使路口间协调控制，实现交通信号控制柜与有轨电车信号控制柜合二为一、一柜双控、协同优先，无障碍不停车快速通行，提升电车整体旅行速度至40 km/h。

3 双网融合信号控制管理平台的远期建设及趋势

远期建设规划中不单要考虑现有的道路交通情况，还应做好数据收集、接口对接预留等工作，提供标准的API接口，为后续智慧交通大脑的建设打下坚实的基础。远期中心管理平台整体架构如图4所示。

图4 中心管理平台整体架构Fig.4 Overall architecture of central management platform

通过标准的API接口，将实现交警部门对双网融合路段中市政信号的控制，交警部门将具有主导权、最高决策权，未来城市交通系统将支持GIS地图管理、路口市政信号状态监视、远程控制、特勤/应急人工干预、系统配置和管理等功能。

3.1 GIS地图管理功能

基于GIS电子路网背景地图，实现交通信号控制功能图形化展示和操作，如控制地图数据层的显示状态，实现地图缩放、平移、选择、查询、标注等功能，支持路口示意图、设计图以及实拍图片导入。

3.2 路口市政信号状态监视功能

支持单路口、多路口、干线、区域等多种方式对信号运行情况进行实时监视。针对不同用户级别展示相应管辖范围的路口信号监视界面，并提供对应用户级别的干预控制权限。

路口视频信息监控，抓取多路车辆视频、雷达、地磁线圈等信号，并实时跟进路口拥堵状况，显示当前信号控制周期整个相位。

3.3 路口有轨电车运行控制状态监视功能

系统能够显示有轨电车信号优先请求及路口信号响应的情况。基于GIS电子路网背景地图，实现对有轨电车沿线路口优先控制功能开启情况及实现优先控制的可视化展示，从而实现对运行状态的监视。

3.4 轨道交通信号控制柜的远程控制功能

支持用户通过系统进行实时加载、调看和修改路口信号机的信号控制特征参数；提供多时段的定时控制方案、感应控制方案设置，以及干线、区域协调控制方案设置功能；提供控制时段划分功能，根据高峰、平峰、低峰等不同时段执行不同方案；提供日计划调度设置功能，能针对工作日、节假日、特殊日等设置不同调度计划；提供图形化、表单化设置，便于维护和管理。

3.5 特勤/应急人工干预功能

系统可根据实际交通情况发出命令，对路口信号进行直接干预控制，包括临时指定方案、远程手动步进、指定控制方式、锁定相位等。

3.6 有轨电车干线协调功能

系统根据干线交叉口之间的相关性划分控制子区，针对不同子区实施不同控制方式；子区之间具有协调性，保证整个干线协调方向通行能力最大、停车次数最小；干线协调控制下各个交叉口可设置感应控制的功能，提升协调控制灵活性。

3.7 设备在线故障监测功能

具备交通信号控制设备备案、设备地图标注、设备联网接入、故障维护管理等设备管理功能。具备软件运行自检功能、事件日志调取等功能，支持对系统软件运行、网络通信、信号机运行等工作状态及故障情况进行全面监视和检测。

3.8 系统配置和管理

具备系统参数配置、用户管理、日志管理、数据字典管理等系统运行所需功能。

4 结束语

双网融合技术在沈抚新区有轨电车建设中已实现初步应用，采用轨道与市政两张网融合控制模式，提高有轨电车运行效率的同时也保证了其运行安全，实现智慧路口升级建设。随着城市轨道交通的蓬勃发展，有轨电车双网融合技术凭借其高安全、高效率、高效益、服务性好、示范性强、整合度高的特点，必能为城市轨道交通发展提供借鉴，双网融合信号控制管理平台的远期建设必将在城市轨道交通发展中起着关键性的作用。