智能轨道快运系统通信信号设计与应用

罗洪宇

摘要：随着经济的发展，科技再创新高。人口不断增加的同时，汽车使用量也在不断增加。随之带来的是城市道路面积增长速度与汽车拥有量增长速度的不匹配，交通拥堵已经成为中国大部分城市亟待解决的问题。由于轨道交通具有速度快、安全性高、准时性好等特点，轨道交通已成为一二线城市解决拥堵问题的主要手段之一。随着城市交通拥堵问题日益突出，多种公共交通解决方案被提出，包括地铁、快速公交、轻轨、智能轨道快运系统等。其中以智轨电车为核心运载工具的ART因建设周期短、基础设施投资少、城市适应性高和综合运力强等特点，具有较好的应用前景。通信信号系统作为ART的重要组成部分，负责运营管理、运营信息发布及语音调度等，可有效保障智轨电车运行安全，提高运营效率，降低运营成本。

关键词：智能軌道快运系统;通信信号系统;信号优先

引言

智轨电车的出现颠覆了传统轨道交通的概念，其通过轨迹控制技术进行路径感知，依靠无轨导向控制技术保证车辆转向的精度，具有行驶灵活、载客量大及通行效率高等优势，解决了城市轨道交通发展中的必须依靠钢轨的难题。作为一种轨道交通新制式，依托于原有的轨道交通制式的安全性分析证明和实现其安全性是轨道交通发展过程中必然选择。

1关于ART架构及运行原理

ART具有城市轨道交通和地面公共交通双重属性，同时吸收了轨道交通准时、运量大、节能环保和地面公交运营灵活、综合成本低等优势。该系统主要由供电、通信信号、智轨电车、虚拟轨道、车站、检修中心6大基础部分构成。比照轨道交通系统，其最大的不同点在于用智轨电车代替轨道列车，用虚拟轨道代替了钢轨。这一替代在确保智轨电车具有有轨电车的安全与高效特性的同时，大大简化了系统结构，节省了系统的成本。智轨电车为采用100%低地板构架、全电驱动、具备多种受电方式的双向行驶多编组胶轮车辆。它采用自动循迹、轨迹跟随、自主导向等技术，实现在虚拟轨道下的类轨道行驶;同时采用主动防护技术对电车的行驶进行电子约束与安全保障。智轨电车的头车头轴自动地按照地面的虚拟轨道或高精度电子地图运行，其他各轴自动跟随头车头轴的行驶轨迹，实现与轨道列车行驶在钢轨上相似的类轨道行驶。虚拟轨道则为行车线路或辅助线路上设置的特定标识，其为车载自动循迹系统中的光学感知、图像识别、激光检测等感知传感器提供导向特征输入，构建运行路径。

2信号系统

2.1调度管理系统

调度管理系统负责实现智轨电车的运营管理，支持单线路、线网的运营管理，具有列车运行监视、实时运行图显示、设备工作状态监视、运营数据统计及报表展示、故障检测及报警、系统运行及操作日志记录、时钟同步等功能。系统能够与车辆、车站设备、车辆段/停车场设备进行高效互通，不仅可保障调度人员及时地掌握运营相关信息，如车辆状态、站台门开/关情况、路口优先情况等信息，同时还可为调度人员提供紧急情况下的应急处理功能，如人流激增情况下的运营计划调整、火灾情况下的站台疏散信息播报与显示等，大大降低了调度人员的工作强度。

2.2车载信号系统

车载信号系统用于实现与运营管理强相关的车载功能，主要包括车辆工况检测、车辆实时定位、安全防护、车地实时通信、路口/虚拟岔区的通行提示、设备自诊断及辅助驾驶信息提示等。系统可实时监测车辆运行状态，并在异常情况（如车辆闯红灯、冒进冒出车站、超速、不满足行车条件下的异常动车等）下实施安全防护;可通过人机交互单元，显示运营计划、前方到站信息、前方路口/虚拟岔区信息、早晚点信息等内容，为司机驾驶提供丰富的提示信息，从而降低司机的劳动强度，保障行车安全。

3系统关键技术

3.1通信技术

ART单条线路长度一般为十几公里，在运营的过程中，各机电系统间的信息传输需要高效、及时。特别是车地通信，涉及到传输列车控制信号、车载视频、视频广告及运营信息等业务，需要采用传输宽带稳定、延时低和抗干扰性能强的无线通信技术。Tetra是一种数字集群通信系统，可在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输和电话服务，但单用户数据传输速率仅7.2kb/s。系统具有兼容性强、开放性好、频谱利用率高和保密功能强等优点，且不依赖于核心网的单站集群技术，可为极端情况下的应急通信提供保障。WiFi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4GHzUHF或5GHzSHFISM射频频段，单个接入点的覆盖半径可达200m，传输速率可达54Mb/s，设备的接入可设置密码保护。该方式由于工作在公开频段，存在易受外界干扰的问题。LTE是无线数据通信技术标准，采用OFDM和MIMO技术、端到端加密技术，同时具有QoS保障机制，可在20MHz频谱带宽下提供下行100Mb/s与上行50Mb/s的峰值速率。LTE-M作为LTE技术在地铁行业领域的针对性应用，越区切换造成的通信延时不超过150ms的概率不小于98%，并可有效保障数据传输的安全，目前已在全国多条轨道交通线路上使用。综合考虑无线覆盖范围、通信速率及抗干扰等因素，ART车地无线通信推荐采用LTE技术，搭建覆盖全线的LTE覆盖网络。

3.2信号优先技术

路口信号优先是指实现智轨电车在交叉路口处的优先通行，需要重点考虑“允许通行信息”的显示方式、车辆优先请求信息的发送时机、路口信号优先策略等。对于“允许通行信息”的显示，宜在交叉路口处设置专用信号灯。专用信号灯的制式和灯色可参考交通信号灯的标准要求，但显示样式需与常规交通信号灯的进行区分。对于车辆优先请求信息的发送时机，智轨电车需要在路口附近合适的位置发送优先请求。申请过早，会造成路口绿灯时间的浪费;申请过晚，则会导致智轨电车无法在路口获得及时的优先权。该方式会综合分析交叉口交通情况，根据设定的优先条件，决定是否给予被优先对象优先通行权，对于路口交通影响较小。实际使用中，选择主动优先还是被动优先，需根据现场线路走向、交通流、运营速度等因素综合考虑后选择。另外应考虑在给予智轨车辆优先通行后，对其他交通参与者给予补偿;此外，应同时考虑智轨电车发车频率，当发车频率较大时，可适当降低智轨电车的优先等级。

4结语

总之，智能轨道快运系统中，通信信号系统是负责运营调度、进行运营监控、保证智轨电车运行安全、提高运输效率的重要设施，需要具有明晰的系统结构、合理的功能分配、适宜的技术方案选择才能保证智轨电车良好的运行效果。

参考文献：

[1]张恒.浅析城市智能轨道快运系统设计要点[J].智能城市，2018，4（4）：106-107.

[2]喻智宏，孙吉良，申大川.有轨电车通信信号技术与智能交通系统[J].城市交通，2013（4）：44-51.

（作者单位：沈阳浑南现代有轨电车运营有限公司）