有轨电车平交路口优先联动方案研究

张婷婷，陆怡然

（卡斯柯信号有限公司，上海 200071）

与社会车辆在平交路口共享路权是有轨电车的特色之一[1]。为提高有轨电车的运行速度，降低其在平交路口的延误、尽可能避免停车，同时兼顾道路交通路口整体的车辆通行能力，平交路口优先控制子系统（以下简称“OLC 系统”）应运而生。OLC 系统主要为有轨电车优先通行提供实时保障，其在运行过程中，与道路交通控制系统（以下简称“TSC 系统”）接口，实时采集运营调度信息；同时结合有轨电车当前位置信息以及道路交通信号相位状态，判断并提供合适的优先联动方案；最终根据路口的特点实施差异化的信号优先控制。由于平交路口与轨道设施在特定布局关系下需要考虑的优先关系存在差异，因而需要针对不同类型平交路口情景制定相应的OLC 系统与TSC 系统优先联动方案，从而提高路口的综合通行效率与安全性。

1 OLC 系统的基本原理

1.1 系统功能

OLC 系统基本功能包括有轨电车位置信息检测功能，路口优先信号请求功能，信号一致性保障功能，信号联动功能，自检、自诊断功能。其具体功能如下。

1）有轨电车位置信息检测功能。实现列车接近路口预告、信号优先请求确认、列车进入路口检测及列车出清路口检测。

2）路口优先信号请求功能。根据信号系统实际情况，通过车载发送、调度中心人工发送、列车到达检测点位置自动发送等差异化方式发送优先请求。

3）信号一致性保障功能。保证路口信号专用机与道岔区进路表示器状态一致，路口信号专用机与道路交通信号灯状态一致。

4）信号联动功能。针对不同特性的路口，综合考虑路口优先信号、进路办理信号请求时机、路口专用信号机开放时机，实现信号联锁系统（以下简称“CBI”系统）、信号行车调度子系统（以下简称“DMS”系统）、TSC系统的联动控制。

5）自检、自诊断功能。实现路口专用信号机、OLC系统、TSC 系统的故障检测。

1.2 系统组成

OLC 系统由PLC 控制器、继电器、路口专用信号机和信号机灯丝报警仪等设备组成。

1）PLC 控制器为OLC 系统的核心部件，完成OLC系统全部逻辑处理功能，负责与信号CBI、DMS 系统、道路交通TSC 系统接口。

2）继电器用于与TSC、路口专用信号机的安全接口，满足故障-安全的特性。

3）路口专用信号机用于在平交路口提示司机直行、左转、右转、过渡和禁止信息，司机需严格按照路口专用信号机指示行车。

4）信号机灯丝报警仪同时为多架信号机灯位进行正常点灯或闪烁模式的实时监测，提供信号机故障灯位报警功能。

1.3 系统接口

1）信号系统内部接口。为全面掌握有轨电车运行的情况，OLC 系统需与CBI 系统和DMS 系统接口获取特定路口进路申请信息、特定道岔状态信息、优先请求信息以及列车位置及优先信息等。

同时，平交路口优先系统将自身系统信息发送给DMS 系统，便于在中心显示优先状态、路口专用信号机显示状态和路口专用信号机、OLC 系统、TSC 系统的故障信息。

2）信号系统外部接口。信号系统外部接口主要指TSC 系统接口。OLC 系统向TSC 系统发送的信息包括列车位置信息、优先请求功能的开启/关闭信息等。

TSC 系统向OLC 系统发送的信息有道路交通信号灯手控/自动控制信号、路口专用信号机状态等。

2 平交路口分类

有轨电车通过路口的过程可简述为：有轨电车行驶过程中，依次通过预告、请求、进入和离开检测点。OLC 系统通过各检测点获取的列车位置信息，向TSC系统先后转发优先申请、路口占用、路口出清等信息。TSC 据此计算优先、通行、禁止逻辑，发送给OLC 系统，同时保障道路交通信号灯显示。OLC 系统依据TSC 系统发送指令，点亮路口专用信号机。多数路口不需要考虑特殊的联动策略，通过OLC 系统和TSC 系统的简单交互即可实现有轨电车的路口优先功能。但结合平交路口与轨道线路、站台及道岔的相对位置关系，从道路交通通行效率、有轨电车通行效率、安全等方面考虑，出站路口、含岔区路口、出入场段路口和主线-支线路口等4类特殊平交路口需考虑定制差异化的联动策略。平交路口分类情况见表1。

表1 平交路口分类

4 类特殊平交路口的基本特征及划分依据如下。

2.1 出站路口

路口前有站台的且站台距离路口较近（小于请求点部署距离原则时）[2]，此时若在进站前自动申请优先，由于乘客乘降作业时间具备不确定性，可能会导致对应有轨电车优先相位时间延长，严重影响道路交通其他相位的通行效率[3]；若出站时自动申请优先，则可能出现TSC 系统无法及时给出对应优先相位的可能性，列车将在路口前停车，影响有轨电车通行效率。

2.2 含岔区路口

路口前小于一个车长距离内含有道岔，此时若TSC 系统未给出通行命令，列车将在道岔上停车，存在安全风险，同时此类路口OLC 系统需保证路口专用信号机与道岔区进路表示器协调一致。

2.3 出入场段路口

存在有轨电车设计限速低、出入段进路命令办理耗时较长的特点，且此类路口若有轨电车停车，一般会完全占用路口，影响所有方向的道路交通。若采用相对优先调整策略，且未与CBI 系统联动考虑进路办理时机，导致列车在路口停车，会极大程度影响道路通行效率。

2.4 主线-支线路口

存在有轨电车多方向、多车通过的场景，需具备优先管理功能。

3 平交路口优先联动方案

3.1 普通路口优先联动方案

普通平交路口的联动方案时序如下。

①列车依次通过预告点及请求点，OLC 系统向TSC 系统依次发送预告及优先请求。②优先请求信号被TSC 系统接受，TSC 系统给OLC 系统发送优先请求反馈信号，并开始调整相位。③TSC 系统确保无冲突相位，允许有轨电车通行，而后TSC 系统发送过渡信号至OLC 系统；前方路口信号即将转换，路口专用信号机显示过渡灯位。④TSC 系统发送通行信号至OLC 系统，前方路口开放通行，路口专用信号机显示通行灯位。⑤列车通过进入检测点，OLC 系统发送信号给TSC系统，路口专用信号机显示禁止灯位，防止后车跟车进入。⑥列车通过路口；路口专用信号机显示禁止；道路交通恢复正常相位轮转。

其中，时序②中TSC 系统针对路口优先的调整策略可分为2 种，即绝对优先和相对优先。绝对优先即为保证有轨电车优先通过路口，TSC 系统在当前信号灯相位关系中插入有轨电车优先相位，有轨电车驶离路口区域后恢复正常相位。相对优先即TSC 系统根据当前道路交通信号灯相位关系进行分析判断，延长有轨电车行车方向绿灯周期或缩短冲突相位红灯周期。两者的优缺点见表2。

表2 TSC 调整策略比较

考虑到有轨电车对社会交通影响，为了平衡有轨电车和道路交通通行效率，普通平交路口建议使用相对优先的策略[4]，仅在特殊平交路口采用绝对优先的策略。

3.2 出站路口优先联动方案

路口前有站台的且站台距离路口较近（小于请求点部署距离原则时），该类路口需特殊考虑路口优先办理的实际，通过司机按压车载优先按钮的方式办理请求。

具体优先联动方案时序如下：①列车进入站台，停站，并进行上下客作业。②列车上下客中途或停站作业结束后，司机适时按压车载优先请求按钮，发送优先请求。③优先请求信号通过无线通信连接OLC 系统，OLC 系统发请求信息至TSC 系统；信号被接受，司机视路口专用信号机灯位，可准备发车。④前方路口专用信号机显示信号即将转换或允许通行时，列车离站。⑤列车通过进入检测点，OLC 系统发送信号给TSC 系统，路口专用信号机显示禁止，防止后车跟车进入。⑥列车通过路口，道路交通恢复至正常相位。

3.3 含岔区路口优先联动方案

路口内含有道岔且岔区距离路口较近（小于一个车长时），该类路口需考虑CBI 系统、OLC 系统、TSC 系统的联动，确保路口专用信号机显示与道岔区进路表示器保持协调一致，即路口专用信号机显示通行时有轨电车进路需同时确保已办理成功。

具体优先联动方案时序如下：①列车经过请求点，检查进路开放情况，若不一致，OLC 系统向CBI 系统申请同方向进路信息，待与通行方向一致的进路信号已开放，向TSC 系统申请该方向优先控制信号。②优先请求信号被接受，道路交通控制器调整配时及相位。③前方路口允许通行，路口专用信号机点亮通行灯位。④列车通过进入检测点，OLC 系统发送信号给TSC 系统，路口专用信号机显示禁止，防止后车跟车进入。⑤列车通过路口，道路交通恢复至正常相位。

3.4 出入场段路口优先联动方案

为兼顾社会交通的通行效率和有轨电车的运营效率，避免出现进路表示器和路口专用信号机冲突的情况。考虑到有轨电车出入段路口限速、进路命令办理耗时较长，为减少对道路通行效率的影响，因此，该类路口需联动考虑，提供不同于其他路口的优先功能。

出入段路口优先方案设计应遵循以下原则：一是有轨电车优先采用插入相位的绝对优先方式[5]；二是进出车辆段时，有轨电车优先申请进路，待进路办理完成后，再申请优先；三是为避免有轨电车出入段时，司机需要在多处观察信号机，故将进路表示器及路口专用信号机并排布置。司机观察2 架信号机显示一致时，方可操作通行。

依据是否有有轨电车优先，将道路交通分为5 个不同阶段，具体阶段见表3。

表3 出入场段路口阶段表

在正常阶段时，无有轨电车出入车辆段，相位在2个阶段（正常阶段一、正常阶段二）之间轮转。当有轨电车正线运行通过时，若处于正常阶段二，则采用插入相位方式转至优先阶段一，待有轨电车通过路口后，结束该优先阶段；若处于正常阶段一，则直接进入优先阶段一。当存在有轨电车需要出入车辆段时，采用插入相位的方式，根据来车的方向，进入优先阶段二或优先阶段三。

具体优先联动方案时序如下：①列车经过预告点，OLC 系统将预告命令发送至TSC 系统。②列车经过请求点，司机同时通过车载进路办理按钮办理对应方向进路（正线运行或者出入段），若该列车为正线运行，进路办理信息通过无线通信发送至CBI 系统；若该列车为出入段进路，该信息通过无线通信发送至OLC 系统；同时，OLC 系统获取路口优先请求命令。③OLC 系统发送进路办理命令至CBI 系统，CBI 系统办理进路。④CBI 系统进路办理成功后，发送进路确认信息至OLC 系统；OLC 系统此时向TSC 系统转发路口优先请求命令。⑤TSC 系统采用绝对优先策略，随即开放过渡及通行信号，将信号发送至OLC 系统。⑥OLC 系统判断进路方向和路口通行方向一致后，开放路口专用信号机通行信号。⑦司机观察进路表示器及路口专业信号机，显示一致时，可驾驶列车通过路口。⑧OLC 系统获取列车通过离开检测点时，向TSC 发送出清命令，TSC 结束优先阶段结束，恢复正常阶段相位。

3.5 主线-支线路口优先联动方案

为兼顾社会交通的通行效率和有轨电车的运营效率，避免出现进路表示器和路口专用信号机冲突的情况。考虑到主线-支线路口有轨电车进路多，有轨电车和道路交通的冲突情况多，为减少有轨电车及道路交通效率的影响，因此，该类路口需联动考虑，提供不同于其他路口的优先功能。

主线-支线路口优先方案设计应遵循以下原则：一是应采用相对优先模式控制，即相位顺序保持不变；二是有轨电车通过路口时，采用伴随点灯，即不将是否有优先请求作为路口专用信号机开放的必要条件，每当相位轮转到有轨电车的通行，且对应方向的进路亦办理成功，则路口专用信号机开放通行；三是当路口被有轨电车占用时，路口专用信号机显示无法开放通行；四是在请求点至路口专用信号机的区域，不会出现超过1 列有轨电车；五是建议支线交路路口社会交通左转禁止掉头[6]。

列车在主线-支线路口单车到达时，具体优先联动方案时序如下：①列车经过预告点，OLC 系统将预告命令发送至TSC 系统；②列车经过请求点，OLC 系统将优先请求命令转发至TSC 系统；③TSC 系统调整配时，在即将开启通行前10 s，将允许进路办理信号发送至OLC 系统，该信号保持高电平直至该相位结束前10 s；④OLC 系统根据TSC 系统反馈的允许进路办理状态和当前进路状态，发送进路办理命令至CBI 系统；对于每次请求，OLC 系统仅办理一次进路；⑤有轨电车CBI系统办理进路；⑥TSC 系统开放通行后，将通行信号发送至OLC 系统；⑦进路办理完，OLC 系统判断进路方向和路口通行方向一致后，开放路口专用信号机通行信号；⑧若路口前有站台，列车需停站，当已完成上下客停站作业，司机便可驾车通过路口，若未完成上下客停站作业；若路口前无站台，则司机根据路口专用信号机通行信号驾驶列车通过路口；⑨若列车未按照预期进入路口，则TSC 系统会再开放一次通行，结合进路办理情况，OLC 系统再次开放路口专用信号机；⑩若二次开放后，列车仍在站台停站，可在停站即将结束时，通过按下车载优先请求按钮再次补发请求/进路办理命令。或通过中心再次补发请求/进路办理命令。

主线-支线路口系统交互信息示意如图1 所示。

图1 主线-支线路口系统交互信息示意图

列车在主线-支线路口多车到达时，为保证多方向通行效率，TSC 系统有如下调整原则：若在某列车通行相位，列车请求通行，在不超出最大绿的前提下，即使请求出现在绿灯最后时刻，TSC 系统可为该列车延长绿色至其通过路口。若轮转到后车通行相位所需的时间更短，且后车请求时间在后车通行相位前，则TSC系统优先处理后车请求。如图2 所示，前车为相位二通行，后车为相位一通行，前车在相位三时请求，后车只要在所示阴影区域内请求，那么TSC 系统则会优先处理后车请求开放相位一，再处理前车请求。若前车由于某种原因未进入路口，那么OLC 系统将不再接收后车来自请求点的命令，直至前车进入路口。

图2 后车优先通行请求窗口示意图

4 结束语

本文结合有轨电车信号中平交路口优先控制系统的功能场景，针对普通平交路口以及出站路口、含岔区路口、出入场段路口和主线-支线路口等4 类典型平交路口，提出了信号联动方案，包含进路办理时机、优先请求时机、道路交通优先控制策略等方面的选择等。出站路口特点为不设置对应请求点，通过司机按压车载优先按钮的方式请求；含岔区路口的特点为OLC 系统联动CBI 系统，保证道岔进路表示器与路口专用信号机显示一致；出入场段路口特点为TSC 系统采用绝对优先控制策略，同时OLC 系统联动CBI 系统优先请求进路；主线-支线路口特点为TSC 系统采用伴随点灯策略，同时具备二次开放及多车通过的优先管理功能。上述方案研究对现代有轨电车项目中路口优先方案的设计提供借鉴，并可在有轨电车项目中进行实际应用。