现代有轨电车平交路口信号系统控制方案研究

雷 彬，孟凡超

（广州铁科智控有限公司，广州 510145）

随着近年国内城市轨道交通的快速发展，有轨电车因其安全可靠、舒适便捷、节能环保等特点，逐渐成为中小城市公共交通运输体系的骨干，以及大中城市轨道交通网的补充，在城市轨道交通中占据重要地位[1]。有轨电车区别于传统城市轨道交通的最大特点是与市政交通有道路交叉，以丽江市有轨电车1号线为例，对有轨电车平交路口信号系统控制方案展开研究。有轨电车在城市交通系统中的应用逐渐广泛，与有轨电车线路交叉的路口也随之多样化，一条线路中同时出现多种不同类型的路口成为普遍情况，如何通过路口控制系统实现电车在不同类型平交道口安全高效运行成为有轨电车当前发展阶段需要解决的主要问题。结合丽江市有轨电车1号线，对有轨电车平交路口信号系统控制方案展开研究。

1 设计概述

1.1 项目概况

丽江市有轨电车1号线起于游客中心站，终点至玉龙雪山站，全程途经11个市政地面道路，线路与沿线的地面道路平面交叉，形成典型的铁路与公路平交口。信号系统提供路口控制系统，用于与市政交通控制系统接口交互。该线采用传统的司机目视行车，平交路口前方设置路口表示器，用于指导司机驾驶、控制平交口路权与防护道路安全。平交路口前方设置接近信标、到达信标，平交路口后方设置离去信标。电车扫过接近信标后，车载系统发送接近请求与路口控制系统建立连接，路口根据电车接近情况与市政交通控制系统进行信号传输，控制路口表示器的显示，从而实现电车安全通过平交路口[2]。

1.2 设计原则

根据国标《轻轨交通设计标准》（ GB/T 51263-2017）第 11.6.5 条“平交口信号优先的控制策略”第 2 项 “当交叉口交通流量满足设置信号控制的最低要求，且相交道路交通流量明显小于正线道路交通流量时，宜采用优先的信号控制”的规定[3]，对应丽江市有轨电车1号线实际情况，与有轨电车线路相交叉的道路均为城郊、道路等级低、交通流量较少的乡村支路、等外道路及四级公路等。而有轨电车途经丽江市热门旅游景点，有轨电车满足绝对优先运行的条件。为发挥轨道交通安全、快捷、高效、节能环保的优势，提高和改善丽江市旅游景区交通条件，本线路设计为有轨电车与道路相交的平交口采用有轨电车绝对优先方案[4]。

1.3 路口类型

丽江市有轨电车1号线路口类型具体分为3类：

1）与站台关联的平交路口：即按运营正方向，路口在电车出站后200 m范围内，在该类型的平交路口，系统确保电车停靠站台时不占用市政道路的路权，列车出站后能迅速通过路口；

2）无站台关联的平交路口：即按运营正方向，路口不属于电车出站后200 m范围内，对于该类型平交路口，系统保证电车在路口空闲状态下以最短的占用时间通过路口；

3）车辆基地道路平交路口：该路口仅供车辆基地内部使用，由于此类型路口属于内部使用且使用率极低，路口在无过道申请的情况，长期为电车开放允许状态，保障运营效率。

2 路口控制系统

2.1 系统结构

路口控制系统包含电源模块、CPU模块、光电转换模块以及专用信号机控制模块，通过与市政交通控制系统、路口表示器交互，并基于综合承载网与车载系统、综合调度管理系统进行交互，实现路口控制的功能[5]。

电源模块：AC/DC开关电源，输入AC 220 V，输出DC±15 V。模块具有完备断电报警功能，模块支持热插拔。

CPU模块：作为路口控制器的核心组件，根据电车接近信息提供优先逻辑处理功能，同时对外提供通信接口，分别与专用信号机控制模块和市政交通控制器进行通信和数据交互。

光电转换模块：用于将电信号转换成光信号，接入综合承载网交换机，并通过综合承载网与综合调度管理系统、车载系统进行交互。

IO模块/RS-422/RS-485模块：用于与市政交通控制系统进行交互，通过继电接口与市政交通进行控制命令的发送和接收。

路口控制系统架构如图1所示。

图1 路口控制系统架构Fig.1 The architecture of the level crossing control system

2.2 系统功能

路口控制系统主要用于实现有轨电车在交叉路口的信号控制。路口控制系统可通过接收车载子系统发送的电车接近、到达和离去路口的判断信息，并将相关信息送往市政交通控制系统，实现各种交通工具之间的有序运行[6]。

电车运行至路口前方的接近信标，电车的信标天线扫过接近信标时，车载系统向路口控制系统发送接近请求，路口控制系统接收到接近请求后，回复车载系统信息包，完成通信连接建立。电车通过路口后，电车的信标天线扫过离去信标，车载系统向路口控制系统发送离去信息，路口控制系统接收离去信息后与车载系统断开连接[7]。

路口控制系统仅在电车位于对应路口的接近信标至离去信标范围内与车载系统建立通信进行信息交互，最大限度节约系统计算及通信资源，优化系统性能。

路口控制系统向市政交通系统提供电车及路口信息后，市政交通控制系统根据优先级策略返回路口表示器的优先状态；路口控制系统根据市政交通控制系统的返回状态，通过车载和综合调度系统向司机和调度反馈[8]。

2.3 系统接口

路口控制系统接口包括与车载系统接口、与市政交通控制系统接口、与综合调度管理系统接口。路口控制系统与车载系统、综合调度管理系统之间的接口均采用以太网，路口控制系统与市政交通控制系统之间的接口采用继电接口。路口控制系统接口信息交互如图2所示。

图2 路口控制系统接口信息交互Fig.2 Interface information exchange of the level crossing control systems

路口控制系统与市政交通控制系统之间的每一路接口信号采用一组继电器干接点实现。路口控制系统继电器的驱动电源及接口干接点采集电源由路口控制系统自身提供，市政交通控制系统继电器的驱动电源及接口干接点采集电源由市政交通控制系统提供。

路口控制系统与市政交通控制系统双向收发详细接口信号和定义如表1所示。

表1 接口信号定义Tab.1 Interface signal def initions

3 路口通过方案

每个平交路口设置路口控制器一套，用于控制路口表示器。路口上行和下行各设置一架路口表示器，用于指示有轨电车允许/禁止通过路口。根据有轨电车运行正方向，在路口前方依次设置接近信标和达到信标，在路口后方设置离去信标。

3.1 与站台关联的平交路口

当有轨电车运行至与站台关联的平交路口附近，设备布置时复用站台精确定位信标作为路口接近信标，电车经过接近信标，不与路口控制系统立刻建立连接。进站停车后等待停站倒计时到规定时间时，电车的车载系统再发送接近请求与路口控制系统建立连接，防止有轨电车过多占用路权影响市政交通的运行效率。同理，若离开路口后近距离内有站台，则复用站台精确定位信标作为离去信标，使电车进入站台后能及时释放路权。路口控制系统向市政交通控制系统发送电车接近请求信息后，市政交通控制系统关闭市政交通信号，开放有轨电车专用路口表示器。

与站台关联的平交路口如图3所示。

图3 与站台关联的平交路口Fig.3 Level crossing associated with the platforms

3.2 无站台关联的平交路口

当有轨电车运行至无站台关联的平交路口附近时，经过接近信标，电车的车载系统发送接近请求与路口控制系统建立连接，路口控制系统向市政交通控制系统发送电车接近请求信息，市政交通控制系统接收到信息后关闭市政交通信号，开放有轨电车专用路口表示器。有轨电车驶离平交路口，经过离去信标后，有轨电车发送离去信息至路口控制系统与之断开连接，市政交通控制系统接收到离去信号，自动恢复路口交通信号正常控制，开放市政道路信号[9]。

无站台关联的平交路口如图4所示。

图4 无站台关联的平交路口Fig.4 Level crossing not associated with the platforms

3.3 车辆基地道路平交路口

车辆基地道路因只用于车辆基地内部使用且使用率较低，故电车专用路口表示器设置为常绿允许状态。当有行人或社会车辆需要使用车辆基地道路时，按压设置在道路两旁信号机（LX10101/LS10104）上的申请按钮，路口控制系统接收到路权申请后，检查路口空闲状态后开放路权。LX10101与LX10103、LS10102与LS10104设置为互斥信号，保证道路安全，并设置计轴JZ101、JZ102、JZ103、JZ104进行安全防护。当系统检测到计轴JZ101-JZ103之间有电车，LX10101将被强制置为红灯禁止信号，不再接收路权申请。同理系统检测到计轴JZ101-JZ103之间有电车，LS10102将被强制置为红灯禁止信号。

车辆基地道路如图5所示。

图5 车辆基地道路平交路口Fig.5 Level crossing between the tram line and the road of the vehicle base

4 路口通过流程

当路口控制系统设备正常且有轨电车线路空闲时，向市政交通控制系统发送的接近请求继电器ASJ处于落下状态、故障继电器TFJ处于吸起状态，有轨电车专用路口表示器点红灯禁止通行。

当平交路口有车接近时，路口控制系统向市政交通控制系统发送的接近请求继电器ASJ处于吸起状态，市政交通控制系统在约定的延时时间内，将市政交通控制灯置为禁止通行状态，将有轨电车专用路口表示器点亮为绿色允许通行状态。

平交路口的市政交通灯禁止、有轨电车专用路口表示器点亮允许通行状态后，市政交通控制系统向路口控制系统发送允许通过状态，路口控制系统收到允许通过状态后允许有轨电车通行。

有轨电车通过路口后，路口控制系统收到有轨电车的离去信号，向市政交通控制系统发送的接近请求继电器ASJ处于落下状态。市政交通控制系统收到ASJ落下状态后，释放路口优先请求，将有轨电车专用路口表示器点为红色禁止通行，市政交通控制系统开放市政交通路权。

当市政交通控制系统收到路口控制系统故障时，将有轨电车专用路口表示器点为黄色闪烁。

通过流程如图6所示。

图6 有轨电车通过路口流程Fig.6 Process of trams passing through level crossings

5 结语

结合丽江市有轨电车1号线的具体线路情况，对现代有轨电车平交路口信号系统控制方案进行分析研究，解决了同一线路上有不同类型路口时电车如何安全高效通过的问题。结合具体平交路口的特点和实际情况，对电车通过路口方案进行针对性定制化设计，充分发挥了有轨电车安全、快捷、高效等优点，实现平交路口合理、合规、有效的交通组织，确保两种不同类型的交通系统能有序地运行，分流合理，最大限度地提高交通运输通行能力[10]。