重慶單軌交通信號系統(tǒng)摘 要：結合重慶單軌工程項目的實際，介紹基于跨座式單軌交通方式的信號系統(tǒng)，其中包括系統(tǒng)特點、主要設備、ATP/TD車載系統(tǒng)的構成以及列車位置檢測、TD預置和列車速度防護的工作原理。 關鍵詞：單軌交通；信號系統(tǒng) ；工作原理 重慶單軌較場口—新山村（簡稱較新線）采用跨座式單軌交通方式，以高強度混凝土梁（PC梁）作為車輛運行的軌道，采用跨座式單軌車輛。車輛的走行輪、導向輪和穩(wěn)定輪均采用充氣橡膠輪胎，取消了傳統(tǒng)的鋼軌和鋼輪，消除了鋼輪與鋼軌間的噪音，改善了城市公共環(huán)境。單軌交通方式占地面積少、爬坡能力強、轉(zhuǎn)彎半徑小，非常適合山城山高坡陡、彎多路窄的地形條件。國際上只有日本大量使用單軌交通方式，日本的東京、多摩、大阪、北九州、沖繩等地都采用了單軌交通，其中沖繩單軌是2003年8月投入運營的。 單軌交通信號系統(tǒng)是單軌交通的核心設備，它擔負著確保行車安全、提高運輸效率、改善服務質(zhì)量的重要使命。本文結合重慶單軌較新線的工程實際，重點介紹單軌交通信號系統(tǒng)的特點、構成及功能，其中與“輪軌”信號系統(tǒng)的相同之處不再復述。1單軌交通信號系統(tǒng)的特點 （1）單軌交通方式取消了鋼輪和鋼軌，傳統(tǒng)的依靠鋼軌傳遞ATP信息、依靠輪對短路鋼軌獲得列車位置信息的方法已不再適用單軌，因此必須采用特殊的方式來傳遞信息和檢查列車的位置。 （2）單軌交通方式的道岔與鋼軌道岔完全不同，除使用單開道岔外，還使用三開、五開道岔，因此在聯(lián)鎖系統(tǒng)和道岔系統(tǒng)中必須進行特殊處理和合理分工，才能確保行車安全。 （3）單軌交通方式基本采用高架線路，道岔非接通位置是懸空的，因此，必須采取特殊的措施，防止列車錯誤出發(fā)。 （4）單軌交通方式的軌道大部分采用高強度混凝土梁，因此在制作混凝土梁的時候?qū)π盘栂到y(tǒng)安裝設備和敷設管線的部位必須進行預留和預埋。（5）單軌交通高架線路上信號設備的施工和維護必須適應其特點，全部采用作業(yè)車進行。2重慶單軌交通信號系統(tǒng)的主要設備 重慶單軌較新線信號系統(tǒng)由列車自動防護（ATP）及列車位置檢測（TD）子系統(tǒng)、計算機聯(lián)鎖（CI）子系統(tǒng)和列車自動監(jiān)控（ATS）子系統(tǒng)三部分構成。 （1）ATP/TD系統(tǒng)引進具有實際運營經(jīng)驗和成熟技術的日本單軌交通的ATP/TD系統(tǒng)。日本單軌的ATP/TD系統(tǒng)是日本信號公司針對單軌的特點而研制開發(fā)的列車自動防護和列車位置檢測系統(tǒng)。它采用基于軌道環(huán)線的感應技術，實現(xiàn)列車運行超速防護和列車在線位置檢測，能確保列車高速、高密度、不間斷、安全、可靠運行。 （2）CI系統(tǒng)是采用鐵道科學研究院研制的、在國鐵上長期和大量使用的TYJL-II型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)。它能實現(xiàn)道岔、進路、信號相互之間的關聯(lián)，確保行車安全。 （3）ATS系統(tǒng)是采用鐵道科學研究院自行研制的、在秦沈客運專線上成功使用的列車自動監(jiān)控系統(tǒng)。它能對其控制范圍內(nèi)列車群的運行進行控制、監(jiān)視和管理，并具有實時、高可靠、高安全、高可用性的特點，能做到全天候不間斷穩(wěn)定可靠運行。
3ATP/TD系統(tǒng)3.1 系統(tǒng)構成 （1）ATP/TD地面設備。ATP/TD地面設備構成主要由ATP/TD發(fā)送/接收設備、CH發(fā)送設備、繼電器架、監(jiān)控架、室內(nèi)匹配變壓器、室外匹配變壓器（MT）、電纜、電纜環(huán)線（LOOP）等組成，見圖1。信息經(jīng)室內(nèi)變壓器、電纜、現(xiàn)場MT傳送到環(huán)線LOOP上，車載設備接收LOOP上的信息，同時，車載設備向LOOP上發(fā)送TD信息，TD信息經(jīng)現(xiàn)場MT、電纜、室內(nèi)變壓器送至ATP/TD接收設備；CH發(fā)送設備及TD接收設備負責檢查環(huán)線的完好和列車位置，ATP/TD發(fā)送接收設備負責接收CH信號和列車發(fā)送的TD信號并將有關信息送到繼電器架，同時，根據(jù)聯(lián)鎖接口條件編碼向列車發(fā)送ATP信息，控制列車運行；監(jiān)控架負責監(jiān)控ATP/TD地面設備的情況，并將有關故障信息傳送給聯(lián)鎖設備，確保設備的正常運行。 （2）ATP/TD車載設備。ATP/TD車上設備由MC2車側(cè)乘務員室內(nèi)安裝的ATP信號接收裝置和MC1車側(cè)安裝的ATP/TD裝置及地板下安裝的ATP/TD天線等構成。主要由ATP/TD天線、天線匹配變壓器、ATP接收公共單元、ATP接收單元、TD信號發(fā)送單元、ATP放大單元、ATP速度檢測單元、ATP/TD繼電器單元等組成，見圖2。列車通過天線經(jīng)匹配變壓器接收地面發(fā)送的ATP信息，控制列車運行，同時，通過列車頭部天線向地面發(fā)送f1信號，車尾部向地面發(fā)送f2信號。3.2 工作原理 （1）列車位置檢測。列車的位置檢測由列車兩端的TD發(fā)送設備和地面的發(fā)送、接受設備共同完成。TD地面設備發(fā)送校核信號（CH）檢查環(huán)線的完整性。CH信號的載頻為14.25 kHz，調(diào)制信號的頻率為97 Hz；采用梯形波調(diào)幅方式（PWD）。 車輛兩端的TD發(fā)送設備分別向軌道梁上的環(huán)線發(fā)送f1、f2信號(或稱車載信號)。其中f1信號的載頻為13.5 kHz，調(diào)制頻率為112 Hz；f2信號的載頻為15.0 kHz，調(diào)制頻率為112 Hz，采用梯形波調(diào)幅方式（PWD）。 在正常情況下，列車駛?cè)肽抄h(huán)線區(qū)段，列車頭部天線向該環(huán)線區(qū)段發(fā)送f1信號，使該區(qū)段的CH繼電器落下，同時，F(xiàn)1繼電器吸取，實現(xiàn)列車占用本區(qū)段的檢測；列車前行，車尾部駛?cè)朐搮^(qū)段時，車尾部天線向該區(qū)段發(fā)送f2信號，F(xiàn)2繼電器吸取；列車繼續(xù)前行，當車頭部駛出該區(qū)段(出清)時F1繼電器落下，車尾部駛出該區(qū)段(出清)時，該區(qū)段CH繼電器吸取，F(xiàn)2繼電器緩放落下，確定列車出清該區(qū)段。當車尾部駛?cè)胂乱粋€區(qū)段，使下一個區(qū)段的F2繼電器吸取。 在車載信號設備發(fā)生故障的情況下，當f1信號或f2信號發(fā)生故障時，列車經(jīng)過的區(qū)段全是紅光帶；當?shù)孛鍯H故障時，本區(qū)段是紅光帶；當f1信號和f2信號都發(fā)生故障時，列車所在區(qū)段的軌道繼電器就會失去勵磁的時機不會勵磁，盡管故障后所經(jīng)過的區(qū)段無法檢測列車的實際位置，但列車后方始終有一區(qū)段是紅光帶，阻止了后續(xù)列車的進入，實現(xiàn)了后方保護，使故障導向安全。（2）TD預置（軌道區(qū)段故障解鎖）。與一般軌道電路不同，環(huán)線軌道電路對列車的占用/出清檢查是通過邏輯電路來實現(xiàn)的，該邏輯電路具有記憶功能。為確保安全，在停電或故障時所有區(qū)段都應設置為列車在線（占用）。因此，在開機和故障恢復時，在對列車在線（占用或出清）的情況進行確認后，需對TD設備進行恢復，這就需要對TD設備進行預置。 TD預置根據(jù)列車在線的情況，將軌道區(qū)段人為地設置為有車或無車，存在安全隱患。因此必須對TD預置按鈕進行加封、計算機記錄操作等特別處理；對TD預置按鈕的使用進行嚴格的限制和特別的管理。 （3）列車速度防護（ATP）。 a.低頻信號及意義。ATP地面設備根據(jù)位置、線路占用/出清等情況選擇限制速度信號，并將其發(fā)送給軌道環(huán)線。然后ATP車上設備通過列車的天線連續(xù)接收信號并解碼，一方面使機車信號機的速度燈點亮，另一方面將列車速度限制的信息傳送給ATP控制裝置。 ATP地面設備發(fā)送的速度信號采用梯形波調(diào)幅方式（PWD）。其載頻上行線為21 kHz、下行線為20 kHz，低頻調(diào)制信號為16，19，22，25，28，31，34，41，54，63，72和78 Hz，共12個頻率。各低頻信號的意義見表1。 b. 運行模式。列車運行模式不同，機車信號、提示音響、速度校核單元的動作也不一樣。運行模式有5種，對應運行模式動作如下：ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式為機車信號運行模式；調(diào)車采用帶機車信號顯示的調(diào)車模式；限制人工駕駛模式是在車輛段按調(diào)車信號機顯示運行，用于非ATP區(qū)段；限制人工駕駛模式是在正線，手動切換，在0碼區(qū)段內(nèi)進行倒車、推進作業(yè)，該模式下，系統(tǒng)監(jiān)視列車速度，只檢測15 km/h的限制速度（附速度校核），用于ATP信號接收系統(tǒng)故障、TD接收系統(tǒng)故障、ATP地面故障的運行模式；非限制人工駕駛模式是用于其他代用閉塞系統(tǒng)的運行模式。ATP裝置切除時，按規(guī)范規(guī)定的運行模式運行。（4）防誤出發(fā)設備。由于在道岔的非接通位置是懸空的，若司機誤認信號而錯誤出發(fā)是非常危險的。針對單軌交通的這一特點，信號系統(tǒng)有必要采取一定的防護措施，最大限度地防止事故發(fā)生。 在車輛段每一股道出發(fā)信號機前方區(qū)段設置防誤出發(fā)設備，利用安裝于室內(nèi)的防誤出發(fā)信號發(fā)送器向室外的TD環(huán)線上疊加發(fā)送防誤出發(fā)信號。 當出發(fā)信號機處于關閉狀態(tài)時，防誤出發(fā)設備向每一股道的TD環(huán)線發(fā)送“M”信號，使列車啟動ATP車載設備，列車能以7 km/h的速度行駛；此時若列車錯誤出發(fā)而越過信號機，因信號機后方區(qū)段是ATP信號的，車載ATP設備從有碼變無碼，列車將實行緊急制動。 當出發(fā)信號機開放時，防誤出發(fā)設備向其前方的TD環(huán)線發(fā)送“X”信號，使列車切斷ATP車載設備，列車能以15 km/h的速度行駛并通過信號機進入信號機后方區(qū)段。當?shù)孛娣勒`出發(fā)設備、TD環(huán)線、車載ATP設備發(fā)生故障或在非限制人工駕駛模式下，防誤出發(fā)功能失效。（5）道岔的控制。單軌道岔由4～5節(jié)箱型鋼梁連接組成，以道岔梁整體移動的方法構成列車運行的進路。單軌道岔分為單開、三開、五開及單渡線等多種類型。針對單軌道岔的特點，單軌交通將道岔的監(jiān)控和轉(zhuǎn)換進行分工，由信號系統(tǒng)負責道岔的監(jiān)控，由道岔系統(tǒng)負責道岔的轉(zhuǎn)換。 信號系統(tǒng)的聯(lián)鎖設備需進行特殊處理，解決三開、五開道岔的聯(lián)鎖關系以及道岔轉(zhuǎn)換時間延長的問題。信號系統(tǒng)向道岔系統(tǒng)提供道岔轉(zhuǎn)換的目標位置信息、現(xiàn)場操作授權信息、DC 24V表示電源。 道岔系統(tǒng)向信號系統(tǒng)提供道岔位置的表示信息、現(xiàn)場操作交權信息、道岔故障信息。道岔系統(tǒng)完成道岔的轉(zhuǎn)換、機械鎖閉。 3.3 系統(tǒng)功能 ATP/TD系統(tǒng)的地面設備通過設置于軌道梁兩肩部的軌道環(huán)線向列車連續(xù)發(fā)送速度控制信息，由ATP/TD系統(tǒng)的車載設備根據(jù)接收到的臺階式速度控制信息連續(xù)控制車輛的運行，實現(xiàn)列車的間隔保護和超速防護。 ATP/TD系統(tǒng)的車載設備通過列車頭部和尾部的天線分別向軌道環(huán)線連續(xù)發(fā)送不同頻率的信號，由地面設備接收解碼，并利用邏輯判斷電路進行處理，確定列車的在線位置，確保系統(tǒng)滿足安全的要求。4結束語 重慶單軌交通是我國首次從日本引進的交通方式，其信號系統(tǒng)采用無線控車方式及許多新的設計思想，值得借鑒；單軌交通方式在重慶成功的引進，為山城增添了一道亮麗的風景線，也必將帶動山城乃至全國單軌交通的大發(fā)展。
3ATP/TD系統(tǒng)3.1 系統(tǒng)構成 （1）ATP/TD地面設備。ATP/TD地面設備構成主要由ATP/TD發(fā)送/接收設備、CH發(fā)送設備、繼電器架、監(jiān)控架、室內(nèi)匹配變壓器、室外匹配變壓器（MT）、電纜、電纜環(huán)線（LOOP）等組成，見圖1。信息經(jīng)室內(nèi)變壓器、電纜、現(xiàn)場MT傳送到環(huán)線LOOP上，車載設備接收LOOP上的信息，同時，車載設備向LOOP上發(fā)送TD信息，TD信息經(jīng)現(xiàn)場MT、電纜、室內(nèi)變壓器送至ATP/TD接收設備；CH發(fā)送設備及TD接收設備負責檢查環(huán)線的完好和列車位置，ATP/TD發(fā)送接收設備負責接收CH信號和列車發(fā)送的TD信號并將有關信息送到繼電器架，同時，根據(jù)聯(lián)鎖接口條件編碼向列車發(fā)送ATP信息，控制列車運行；監(jiān)控架負責監(jiān)控ATP/TD地面設備的情況，并將有關故障信息傳送給聯(lián)鎖設備，確保設備的正常運行。 （2）ATP/TD車載設備。ATP/TD車上設備由MC2車側(cè)乘務員室內(nèi)安裝的ATP信號接收裝置和MC1車側(cè)安裝的ATP/TD裝置及地板下安裝的ATP/TD天線等構成。主要由ATP/TD天線、天線匹配變壓器、ATP接收公共單元、ATP接收單元、TD信號發(fā)送單元、ATP放大單元、ATP速度檢測單元、ATP/TD繼電器單元等組成，見圖2。列車通過天線經(jīng)匹配變壓器接收地面發(fā)送的ATP信息，控制列車運行，同時，通過列車頭部天線向地面發(fā)送f1信號，車尾部向地面發(fā)送f2信號。3.2 工作原理 （1）列車位置檢測。列車的位置檢測由列車兩端的TD發(fā)送設備和地面的發(fā)送、接受設備共同完成。TD地面設備發(fā)送校核信號（CH）檢查環(huán)線的完整性。CH信號的載頻為14.25 kHz，調(diào)制信號的頻率為97 Hz；采用梯形波調(diào)幅方式（PWD）。 車輛兩端的TD發(fā)送設備分別向軌道梁上的環(huán)線發(fā)送f1、f2信號(或稱車載信號)。其中f1信號的載頻為13.5 kHz，調(diào)制頻率為112 Hz；f2信號的載頻為15.0 kHz，調(diào)制頻率為112 Hz，采用梯形波調(diào)幅方式（PWD）。 在正常情況下，列車駛?cè)肽抄h(huán)線區(qū)段，列車頭部天線向該環(huán)線區(qū)段發(fā)送f1信號，使該區(qū)段的CH繼電器落下，同時，F(xiàn)1繼電器吸取，實現(xiàn)列車占用本區(qū)段的檢測；列車前行，車尾部駛?cè)朐搮^(qū)段時，車尾部天線向該區(qū)段發(fā)送f2信號，F(xiàn)2繼電器吸取；列車繼續(xù)前行，當車頭部駛出該區(qū)段(出清)時F1繼電器落下，車尾部駛出該區(qū)段(出清)時，該區(qū)段CH繼電器吸取，F(xiàn)2繼電器緩放落下，確定列車出清該區(qū)段。當車尾部駛?cè)胂乱粋€區(qū)段，使下一個區(qū)段的F2繼電器吸取。 在車載信號設備發(fā)生故障的情況下，當f1信號或f2信號發(fā)生故障時，列車經(jīng)過的區(qū)段全是紅光帶；當?shù)孛鍯H故障時，本區(qū)段是紅光帶；當f1信號和f2信號都發(fā)生故障時，列車所在區(qū)段的軌道繼電器就會失去勵磁的時機不會勵磁，盡管故障后所經(jīng)過的區(qū)段無法檢測列車的實際位置，但列車后方始終有一區(qū)段是紅光帶，阻止了后續(xù)列車的進入，實現(xiàn)了后方保護，使故障導向安全。（2）TD預置（軌道區(qū)段故障解鎖）。與一般軌道電路不同，環(huán)線軌道電路對列車的占用/出清檢查是通過邏輯電路來實現(xiàn)的，該邏輯電路具有記憶功能。為確保安全，在停電或故障時所有區(qū)段都應設置為列車在線（占用）。因此，在開機和故障恢復時，在對列車在線（占用或出清）的情況進行確認后，需對TD設備進行恢復，這就需要對TD設備進行預置。 TD預置根據(jù)列車在線的情況，將軌道區(qū)段人為地設置為有車或無車，存在安全隱患。因此必須對TD預置按鈕進行加封、計算機記錄操作等特別處理；對TD預置按鈕的使用進行嚴格的限制和特別的管理。 （3）列車速度防護（ATP）。 a.低頻信號及意義。ATP地面設備根據(jù)位置、線路占用/出清等情況選擇限制速度信號，并將其發(fā)送給軌道環(huán)線。然后ATP車上設備通過列車的天線連續(xù)接收信號并解碼，一方面使機車信號機的速度燈點亮，另一方面將列車速度限制的信息傳送給ATP控制裝置。 ATP地面設備發(fā)送的速度信號采用梯形波調(diào)幅方式（PWD）。其載頻上行線為21 kHz、下行線為20 kHz，低頻調(diào)制信號為16，19，22，25，28，31，34，41，54，63，72和78 Hz，共12個頻率。各低頻信號的意義見表1。 b. 運行模式。列車運行模式不同，機車信號、提示音響、速度校核單元的動作也不一樣。運行模式有5種，對應運行模式動作如下：ATP監(jiān)督下的人工駕駛模式為機車信號運行模式；調(diào)車采用帶機車信號顯示的調(diào)車模式；限制人工駕駛模式是在車輛段按調(diào)車信號機顯示運行，用于非ATP區(qū)段；限制人工駕駛模式是在正線，手動切換，在0碼區(qū)段內(nèi)進行倒車、推進作業(yè)，該模式下，系統(tǒng)監(jiān)視列車速度，只檢測15 km/h的限制速度（附速度校核），用于ATP信號接收系統(tǒng)故障、TD接收系統(tǒng)故障、ATP地面故障的運行模式；非限制人工駕駛模式是用于其他代用閉塞系統(tǒng)的運行模式。ATP裝置切除時，按規(guī)范規(guī)定的運行模式運行。（4）防誤出發(fā)設備。由于在道岔的非接通位置是懸空的，若司機誤認信號而錯誤出發(fā)是非常危險的。針對單軌交通的這一特點，信號系統(tǒng)有必要采取一定的防護措施，最大限度地防止事故發(fā)生。 在車輛段每一股道出發(fā)信號機前方區(qū)段設置防誤出發(fā)設備，利用安裝于室內(nèi)的防誤出發(fā)信號發(fā)送器向室外的TD環(huán)線上疊加發(fā)送防誤出發(fā)信號。 當出發(fā)信號機處于關閉狀態(tài)時，防誤出發(fā)設備向每一股道的TD環(huán)線發(fā)送“M”信號，使列車啟動ATP車載設備，列車能以7 km/h的速度行駛；此時若列車錯誤出發(fā)而越過信號機，因信號機后方區(qū)段是ATP信號的，車載ATP設備從有碼變無碼，列車將實行緊急制動。 當出發(fā)信號機開放時，防誤出發(fā)設備向其前方的TD環(huán)線發(fā)送“X”信號，使列車切斷ATP車載設備，列車能以15 km/h的速度行駛并通過信號機進入信號機后方區(qū)段。當?shù)孛娣勒`出發(fā)設備、TD環(huán)線、車載ATP設備發(fā)生故障或在非限制人工駕駛模式下，防誤出發(fā)功能失效。（5）道岔的控制。單軌道岔由4～5節(jié)箱型鋼梁連接組成，以道岔梁整體移動的方法構成列車運行的進路。單軌道岔分為單開、三開、五開及單渡線等多種類型。針對單軌道岔的特點，單軌交通將道岔的監(jiān)控和轉(zhuǎn)換進行分工，由信號系統(tǒng)負責道岔的監(jiān)控，由道岔系統(tǒng)負責道岔的轉(zhuǎn)換。 信號系統(tǒng)的聯(lián)鎖設備需進行特殊處理，解決三開、五開道岔的聯(lián)鎖關系以及道岔轉(zhuǎn)換時間延長的問題。信號系統(tǒng)向道岔系統(tǒng)提供道岔轉(zhuǎn)換的目標位置信息、現(xiàn)場操作授權信息、DC 24V表示電源。 道岔系統(tǒng)向信號系統(tǒng)提供道岔位置的表示信息、現(xiàn)場操作交權信息、道岔故障信息。道岔系統(tǒng)完成道岔的轉(zhuǎn)換、機械鎖閉。 3.3 系統(tǒng)功能 ATP/TD系統(tǒng)的地面設備通過設置于軌道梁兩肩部的軌道環(huán)線向列車連續(xù)發(fā)送速度控制信息，由ATP/TD系統(tǒng)的車載設備根據(jù)接收到的臺階式速度控制信息連續(xù)控制車輛的運行，實現(xiàn)列車的間隔保護和超速防護。 ATP/TD系統(tǒng)的車載設備通過列車頭部和尾部的天線分別向軌道環(huán)線連續(xù)發(fā)送不同頻率的信號，由地面設備接收解碼，并利用邏輯判斷電路進行處理，確定列車的在線位置，確保系統(tǒng)滿足安全的要求。4結束語 重慶單軌交通是我國首次從日本引進的交通方式，其信號系統(tǒng)采用無線控車方式及許多新的設計思想，值得借鑒；單軌交通方式在重慶成功的引進，為山城增添了一道亮麗的風景線，也必將帶動山城乃至全國單軌交通的大發(fā)展。
