摘 要 文章介绍了国内现代有轨电车信号系统，并对网络化运营必须要基于互联互通这个论点进行了阐述，并给出了网络化运营互联互通的信号系统各个子系统的设计原则和子系统之间的接口设计。
关键词 现代有轨电车；信号系统；网络化运营；互联互通
Thinking about Interoperability of Tramway Signaling System
Abstract This paper introduces the signaling system of modern tramways， explains the opinion that tramway network operation should be based on interoperability of the signaling system. It also gives the design principles of sub systems of tramway signaling system under network operation and interfaces between sub systems..
Key words Modern Tramway； Signaling system； Network operation； Interoperability
1 现代有轨电车信号系统功能介绍
现代有轨电车以其中等运量、较低成本、较短建设周期和节能美观的优点，近年来在中国受到越来越多的城市的青睐。目前已经开通运营的城市和正在建设的城市非常多，此外在上海和天津，劳尔公司生产的胶皮轮胎配合地面导向轨的有轨电车已经运营了多年，因不具有代表性本文不予讨论，只讨论钢轮钢轨的现代有轨电车。
目前国内现代有轨电车信号系统组成部分基本都是一致的，主要由正线道岔控制器CBI子系统（正线联锁）、车辆段计算机联锁CBI-DEPOT子系统、正线路口优先控制器OLC子系统、车载控制器OBS子系统和控制中心调度系统ATS子系统、数据通信DCS子系统（包括有线和LTE）及维护支持MSS子系统组成。系统结构图1：
图1 有轨电车信号系统结构图
各个子系统的功能介绍如下：
1.1 正线道岔控制器
CBI机柜位于室外轨行区两侧，负责控制有轨电车线路上的转辙机的动作及信号机的开放和关闭。道岔控制器接受ATS的道岔操作命令，也可以接受来自OBS的司机遥控指令。道岔控制器依赖计轴器或轨道电路作为列车检测设备，它们属于道岔控制器的外围重要设备，鉴于低成本因素，只需在道岔区段布置计轴或轨道电路。
1.2 车辆段计算机联锁
车辆段计算机联锁，安装于段内的机房内，用于控制段内的电车运行，包括列车进路和调车进路的控制。联锁具有独立的人机界面由专门段内值班员操作，也可以由调度员兼职操作控制段内的作业。
1.3 正线路口优先控制器
OLC机柜安装于有轨电车每个路口，用于实现有轨电车和社会车辆在路口的红绿灯协同控制，实现有轨电车能够优先获得绿灯通过路口，体现出它的道路运行优先级。
1.4 车载子系统
由于成本原因，正线大部分区域不布置检测列车占用的计轴或轨道电路，所以车载子系统具备自主检测列车运行的位置的功能，然后将列车ID和位置通过LTE发送给中心ATS，实现ATS对全线列车位置的跟踪；OBS还要能给司机提供遥控办理进路的功能和申请路口优先通过的功能。此外OBS还提供了人机界面给司机，提供给司机列车车次号、时刻表、早晚点、目的地、前方限速警告等信息。
1.5 控制中心ATS
ATS子系统位于控制指挥中心，调度员使用它监控全线电车的有序运行，监控全线道岔控制器所控制的道岔的定反位状态及其对应的信号机的状态，监控全线OLC的状态，ATS子系统可以管理每日电车运行的时刻表，并根据每列电车的时刻表和目的地为每列电车自动地办理进路，还提供手工办理进路的功能。
1.6 维护支持子系统
MSS系统收集各个子系统运行状态，用于故障定位和维护诊断的目的。
1.7 数据传输网
整个信号系统靠工业以太环网进行通信，此外车载OBS系统接入LTE与骨干网连通，给车载和其他子系统之间提供车地无线数据传输的通道[1]。
2 现代有轨电车网络化运营和互联互通思考
通过对比我国地铁建设和国有铁路建设，会发现地铁建设是以线路为单位建设和运营的，线路和线路彼此隔离，通过换乘通道實现换乘，每条线路设置独立的控制中心，由独立的运营团队进行指挥，不同线路之间的限界、站台长度、车型和信号系统往往差异很大，一条线的地铁列车无法直接开到另外一条线路上运营，其原因就是不支持互联互通，近年来国家也意识到这个弊端，委托中城协牵头各个主要CBTC信号系统厂家进行互联互通标准的制定和推广，地铁建设正朝着互联互通的方向发展。反观国有铁路2万公里的高铁四通八达，全国高铁通过北京、上海、武汉和广州四个指挥中心调度指挥，所以国有铁路先天就是互联互通的，可以非常便利地根据旅客的需求开行新的服务列车或调整既有列车，不同厂家的系统都可以彼此兼容互联，不会出现业主对单个设备供应商的过分依赖。
有轨电车线路建设成网络，给市民提供多种服务线路，才能体现出它的优势来。有轨电车网络应该参照国有铁路的建设来设计网络化运营模式。不同线的有轨电车之间共享部分线路也会大大降低线路建设的成本，线与线之间轨道互通支持跨线运营，便于不同线之间的电车的动态调配，更可以根据市民出行客流量的变化，动态的设计新的服务线路或调整既有服务线路。
现代有轨电车网络化运营的信号系统要遵循2个原则：
2.1 互联互通原则
参照国家铁路的建设运营模式，每条有轨电车的线路可以分期建设，信号系统可以单独招标，即不同线路的信号系统可以是不同厂家提供的，互联互通的定义就是要求不同厂家的系统之间可以互相兼容，一条线路上的车载系统必须能够和其他线路上的轨旁系统互联互通、兼容工作，也就是一条线的有轨电车可以开到另外线路上运营，而信号系统各项功能都正常。如果某个城市的有轨电车的各个线路的信号系统全部由单一厂家提供的，虽然也可以跨线的运营，但不是本文定义的互联互通，也不是今后有轨电车发展的趋势。
2.2 控制中心统一指挥原则
同样参照国家铁路的运营指挥模式，网络化运营必须要求整个线网层面来组织有轨电车的运营，从线网层面设计电车的服务线路，所以列车的运行图是要求可跨线路的，每条物理线路只负责完成部分的电车服务线路。这就要求控制中心必须由统一的线网级ATS系统来管理整个电车网络运营，而不是每条线配置一套ATS系统独立管理这条线路。
笔者设想由这个线网级的ATS的计划调度员编制线网级的运行图，ATS系统根据这个线网级的运行图来指挥全线电车的运行，由于整个线网的设备数量和电车数量比较大，可以将调度的岗位划分为不同的调度台，根据线路的规模和工作量的大小分配给不同的调度台不同的指挥职权管控范围。不同的调度台间需要做好信息的沟通，如果有冲突，则由线网调度主任进行总体的协调。
控制中心统一指挥的原则同样需要不同厂家的设备之间能够互联互通，具体来说是指一个厂家的控制中心线网级ATS系统能够和不同厂家的车载OBS系统、轨旁道岔控制器、车辆段联锁和和路口优先控制器之间互联互通，将不同的线路的轨旁设备和车载设备，统一由线网级ATS系统来整体监控。
3 互联互通的各个信号子系统设计和接口设计
3.1 互联互通各个子系统设计
道岔控制器子系统应设计为放置于道岔附近的室外，宜控制附近的4-8组道岔。不同线路的交叉部分，应由唯一的道岔控制器单一控制。道岔控制器可以用计轴或轨道电路作为占用检测。各条线沿线道岔控制器接入本线路的骨干环网，环网接入控制中心网络，与线网ATS系统连通。 道岔控制器安装商用物联网通信模块LoRa Modem实现车到地的司机遥控进路办理的功能。
车辆段联锁子系统要能够和临近的道岔控制器通过安全通信方式，实现联锁关系的照查。
路口优先子系统安装商用物联网通信模块LoRa Modem实现车到地的优先申请功能，在路口通过商用TagMaster信标实现电车进入路口和出清路口的检测。
车载子系统安装LoRa Modem实现和轨旁CBI及OLC互联互通，通过商用TagMaster信标天线实现路口监测功能，同时通过和部署在各条线路上的TagMaster定位信标互联互通，读取信标定位信息。车载通过4G与ATS互联互通。
关于车载的定位功能，当前有轨电车招标文件普遍要求基于GPS/北斗实现列车定位，由于GPS/北斗是不依赖与信号厂家的通用设备和技术，具有良好的互连互通元素。结合差分信息，可以实现较为精确的列车定位。这种情况下，不需要地面部署定位信标。然而有轨电车受到高楼影响和天桥的影响，卫星信号极容易不可用，进而影响一系列依赖于电车位置的功能，此处笔者仍然保留了定位信标作为互联互通的列车定位手段。有待各个厂家们技术突破了卫星定位技术后，在互联互通的技术规范中可取消地面定位信标。
关于车地短距离通信是基于LoRa Modem还是基于LTE的选择，笔者认为LoRa Modem具有短距离专用通信、低功耗、高可靠、商用可得、无须缴费的特点，比之LTE通信更优。笔者建议作为车地通信首选，LTE可以根据其表现作为互联互通的OBS-CBI和OBS-OLC通信方式的另一个选项。
3.2 子系统间接口设计
根据上述子系统的设计原则，进行有轨电车信号各个子系统间互联互通软件接口协议的设计，需要设计的接口协议包括《有轨电车互联互通ATS-CBI接口协议》、《有轨电车互联互通ATS-OLC接口协议》、《有轨电车互联互通ATS-OBS接口协议》、《有轨电车互联互通CBI-OBS接口协议》、《有轨电车互联互通OLC-OBS接口协议》、《有轨电车互联互通CBI-CBI-DEPOT接口协议》、《有轨电车互联互通MSS-各个子系统接口协议》《有轨电车互联互通通用轨旁定位信标数据格式》，这些互联互通协议的设计应在行业协会的牵头下参照地铁互联互通CBTC的做法，组织各个信号系统厂家、有轨电车业主单位代表和设计院联合完成。
4 结束语
本文介绍了国内现代有轨电车信号系统的功能及组成部分，比较了国有铁路和地铁在网络化运营和互联互通方面不同的理念和现状。提出了有轨电车网络化运营是提高其运营效能的必然趋势，网络化运营必须具备的基础技术条件就是不同厂家设备之间的互联互通。通过定义互联互通的子系统功能和子系统间的接口，并且作为行业的标准进行发布，各个供货商厂家根据该标准改造各自的系统，并通过示范线工程进行联合调试及验证，一定能够推出符合中国运营特色的网络化运营的有轨电车互联互通的信號系统。
参考文献
[1] 李中浩.浅析城市轨道交通信号系统的发展趋势[J].城市轨道交通研究，2016，（s1）：1-3.