隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，城市交通需求大大增加，汽車數(shù)量過度增加，道路容量的擴(kuò)建遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上汽車增長的速度，無法滿足越來越大的人流量，造成交通堵塞、行車速度下降、空氣和噪音污染嚴(yán)重以及巨大資源浪費(fèi)，現(xiàn)代城市的發(fā)展面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為滿足城市公共交通客運(yùn)量日益增長的需要，并結(jié)合城市不同區(qū)域運(yùn)量區(qū)別，把注意力重新轉(zhuǎn)移到地面軌道交通方式，特別是現(xiàn)代有軌電車，已成為國內(nèi)外研究學(xué)者和政府決策部門的共識。在國家發(fā)改委2011年發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》及其2013年修訂版中，有軌交通均被列為鼓勵(lì)類。為促進(jìn)我國有軌電車的發(fā)展，詳細(xì)了解日本某有軌電車信號系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、基本技術(shù)與功能等，能為我國有軌電車系統(tǒng)的普及優(yōu)化提供借鑒和參考。
日本有軌電車概況
以日本的有軌電車為例，起始于1895年(明治28年)，在最鼎盛的1932年(昭和7年)全國有65個(gè)城市開通了有軌電車線路，線路總里程達(dá)1500km。但自20世紀(jì)60年代開始，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和公共汽車以及家用轎車的普及，大城市的公共交通逐漸被運(yùn)輸能力更大的地鐵所占據(jù)，而中小城市的公共交通則由公共汽車所取代，城市有軌電車線路的總里程縮減到現(xiàn)在的250km左右。
到了20世紀(jì)80年代，隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)和技術(shù)的進(jìn)步，美國、法國和英國等歐美國家重新重視城市有軌電車的發(fā)展。日本在20世紀(jì)末也開始審視城市有軌電車在城市交通運(yùn)輸中的作用。為了促進(jìn)城市有軌電車交通的發(fā)展，日本國土交通省在2005年建立了"城市有軌電車交通系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)補(bǔ)助制度"。依據(jù)該規(guī)定，對于承擔(dān)城市有軌電車交通計(jì)劃項(xiàng)目建設(shè)的城市軌道交通企業(yè)，將分別從國家和地方政府得到相當(dāng)于約1/4的建設(shè)費(fèi)用補(bǔ)助。另外，自1997年第一批低地板輕軌車在熊本投入運(yùn)營，首輛日本制造的100%低地板有軌電車于2005年在日本廣島電氣鐵路投入運(yùn)營。該車由近畿車輛、三菱重工和東洋電器制造聯(lián)合開發(fā)，為鉸接式5節(jié)編組，有3臺轉(zhuǎn)向架，其中2臺為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，采用獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪，電機(jī)和齒輪安裝在車輪外側(cè)，地板高度為360毫米。目前，在福井、富山、岡山、高知、廣島、函館等地共有19家有軌電車運(yùn)營商，總量約1000輛。
現(xiàn)有系統(tǒng)構(gòu)架
現(xiàn)有信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由以下三部分組成：車載裝置、地面設(shè)備、控制中心，(1)車載設(shè)備。車載設(shè)備主要包括信號處理單元、GPS接收及處理設(shè)備、以及與地面設(shè)備相連的無線通信設(shè)備，主要包含三種功能：利用GPS實(shí)現(xiàn)速度與位置測量，并通過無線終端傳送至地面設(shè)備;運(yùn)行與出發(fā)允許信號的檢測及最大運(yùn)行距離的表示;報(bào)警及提示裝置。
(2)地面裝置。地面裝置的主要用于實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備和控制中心之間的信息或命令交換。地面設(shè)備與車載(地-車)之間采用無線通信，地面設(shè)備與控制中心(地-中)之間采用有線通信。其中由車載發(fā)送給地面設(shè)備的通信內(nèi)容主要包括：列車編號、出發(fā)或高速請求、停車確認(rèn)、GPS異常信號等;由地面設(shè)備發(fā)送給車載的主要包括：列車編號、地面基地編號、出發(fā)或高速授權(quán)、前向最大行駛距離、停車確認(rèn)等。
(3)控制中心。控制中心主要用于接收與分析車載設(shè)備發(fā)來的信息、給地面設(shè)備及列車發(fā)送信息及命令、實(shí)時(shí)顯示列車位置等、把握整體線路的列車狀態(tài)，抑制外部干擾等。由地面設(shè)備發(fā)送給控制中心的信息主要包括：車輛編號、地面基地編號、高速請求、停車確認(rèn)、出發(fā)確認(rèn)、優(yōu)先請求等;由控制中心發(fā)送給地面裝置(基地)的主要包括：列車編號、地面基地編號、出發(fā)或高速授權(quán)、前向最大行駛距離、停車確認(rèn)等。
實(shí)驗(yàn)測試
通過前期實(shí)驗(yàn)，主要取得了以下成果：
車-地?zé)o線通信性能。通過采用自然界中不存在的Bit列-511Bit的PN模式測定，利用微功率的無線設(shè)備，測量結(jié)果表明送信距離為定向5米左右。
基于GPS的位置檢測。車型：8500型，最大速度：60km/h，加速度：4.68km/h/s，減速度：6.9km/h/s，試驗(yàn)線長度為12公里，GPS接收機(jī)天線(通信間隔為1秒)置于車頂，采用FM作為補(bǔ)充，并綜合利用GIS，檢測結(jié)果如下：
1)對車窗、駕駛室等具體位置檢查不明;
2)GPS天線在車頂位置的變化對檢查結(jié)果影響不大，當(dāng)接收天線于車內(nèi)或離車體教近時(shí)，接收效果差，遠(yuǎn)離車體效果變好;
3)實(shí)驗(yàn)線路約98%區(qū)域受GPS信號覆蓋，檢查精度小于5米。
對車載設(shè)備、通信設(shè)備、中央處理裝置、GPS接收機(jī)以及無線傳送設(shè)備進(jìn)行了如下檢查：
(1)基于JIS-E 3004-1972-【繼電聯(lián)動(dòng)機(jī)檢查方法】的外觀檢查，檢查結(jié)果為"良";
(2)基于JIS-E 3004-1972-【繼電聯(lián)動(dòng)機(jī)檢查方法】的配線檢查，檢查結(jié)果為"良";
(3)基于JIS-E 3021-1999-【鐵道信號保安部品的絕緣及耐壓測試方法】的絕緣及耐壓檢查，其檢查結(jié)果為"良";
(4)基于JIS-E 3014-1999-【鐵道信號保安部品的振動(dòng)測試方法】的振動(dòng)檢查，檢查結(jié)果為"良";
(5)基于JIS-E 3015-1992-【鐵道信號保安部品的撞擊測試方法】的撞擊檢查，檢查結(jié)果為"良";
(6)基于JIS-E 3017-1992-【鐵道信號保安部品的防水試驗(yàn)方法】的撞擊檢查，檢查結(jié)果為"良";
(7)基于JIS-E 3019-1979-【鐵道信號保安部品的高低溫測試方法】的溫度檢查，檢查結(jié)果為"良"。
未來系統(tǒng)框架及研究內(nèi)容
在現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮旅客、車站等因素，未來信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有以下功能：
(1)以駕駛員目測駕駛為基礎(chǔ)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)為輔助;
(2)當(dāng)與前行車輛之間的距離足夠大時(shí)，采用高速運(yùn)行模式;
(3)建立基于車-車、車-地通信的運(yùn)行管理;
(4)考慮到原則上汽車不能在軌間駕駛，擬對于處于軌間駕駛的汽車以提示或警告;
5)當(dāng)有汽車、行人等障礙物靠近時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。
未來研究方向主要有：
(1)地面設(shè)備與控制中心間的無線通信。目前，地面設(shè)備與控制中心是直接通過電纜通信，但是敷設(shè)新電纜的成本太高。即使采用無線通信，以下幾個(gè)方面仍有待斟酌，例如控制中心直接與列車通信、控制中心通過地面中間設(shè)備與列車通信中頻道占用與分配等。
(2)故障安全策略。目前，基于駕駛員的目測運(yùn)行仍舊為主要的運(yùn)行方式，但僅憑駕駛員的個(gè)人素質(zhì)已不能滿足高速運(yùn)行的要求。特別當(dāng)GPS的信號不良、通信中斷等受外部干擾時(shí)，必須系統(tǒng)能夠始終導(dǎo)向安全側(cè)。同時(shí)，隨著北斗衛(wèi)星的成熟，基于北斗衛(wèi)星的信號系統(tǒng)具有較好的研發(fā)前景。
(3)提高運(yùn)行速度的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有系統(tǒng)的一般時(shí)速設(shè)計(jì)為60km/h，在進(jìn)一步提高速度至80km/h或更高時(shí)，對確保系統(tǒng)安全將帶來極大地挑戰(zhàn)。
(4)客流影響。分析上下班高峰時(shí)段、節(jié)假日、及非高峰時(shí)段的行車安排及各站停車時(shí)間等，提高緊急事件處理能力，進(jìn)一步提高便利度、安全舒適度等旅客服務(wù)質(zhì)量。
(5)節(jié)能策略。研究在跨線運(yùn)行等復(fù)雜路面條件下的節(jié)能策略，包括新能源電池的利用、基于節(jié)能的運(yùn)行工況自動(dòng)優(yōu)化等。
（轉(zhuǎn)載）
