重慶單軌交通信號系統摘 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，其中包括系統特點、主要設備、ATP/TD車載系統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 ；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、導向輪和穩定輪均采用充氣橡膠輪胎，取消了傳統的鋼軌和鋼輪，消除了鋼輪與鋼軌間的噪音，改善了城市公共環境。單軌交通方式占地面積少、爬坡能力強、轉彎半徑小，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的特點、構成及功能，其中與“輪軌”信號系統的相同之處不再復述。1單軌交通信號系統的特點 （1）單軌交通方式取消了鋼輪和鋼軌，傳統的依靠鋼軌傳遞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，因此在聯鎖系統和道岔系統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。 （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對信號系統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，全部采用作業車進行。2重慶單軌交通信號系統的主要設備 重慶單軌較新線信號系統由列車自動防護（ATP）及列車位置檢測（TD）子系統、計算機聯鎖（CI）子系統和列車自動監控（ATS）子系統三部分構成。 （1）ATP/TD系統引進具有實際運營經驗和成熟技術的日本單軌交通的ATP/TD系統。日本單軌的ATP/TD系統是日本信號公司針對單軌的特點而研制開發的列車自動防護和列車位置檢測系統。它采用基于軌道環線的感應技術，實現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型計算機聯鎖系統。它能實現道岔、進路、信號相互之間的關聯，確保行車安全。 （3）ATS系統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控系統。它能對其控制范圍內列車群的運行進行控制、監視和管理，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定可靠運行。
3ATP/TD系統3.1 系統構成 （1）ATP/TD地面設備。ATP/TD地面設備構成主要由ATP/TD發送/接收設備、CH發送設備、繼電器架、監控架、室內匹配變壓器、室外匹配變壓器（MT）、電纜、電纜環線（LOOP）等組成，見圖1。信息經室內變壓器、電纜、現場MT傳送到環線LOOP上，車載設備接收LOOP上的信息，同時，車載設備向LOOP上發送TD信息，TD信息經現場MT、電纜、室內變壓器送至ATP/TD接收設備；CH發送設備及TD接收設備負責檢查環線的完好和列車位置，ATP/TD發送接收設備負責接收CH信號和列車發送的TD信號并將有關信息送到繼電器架，同時，根據聯鎖接口條件編碼向列車發送ATP信息，控制列車運行；監控架負責監控ATP/TD地面設備的情況，并將有關故障信息傳送給聯鎖設備，確保設備的正常運行。 （2）ATP/TD車載設備。ATP/TD車上設備由MC2車側乘務員室內安裝的ATP信號接收裝置和MC1車側安裝的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。列車通過天線經匹配變壓器接收地面發送的ATP信息，控制列車運行，同時，通過列車頭部天線向地面發送f1信號，車尾部向地面發送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發送設備和地面的發送、接受設備共同完成。TD地面設備發送校核信號（CH）檢查環線的完整性。CH信號的載頻為14.25 kHz，調制信號的頻率為97 Hz；采用梯形波調幅方式（PWD）。 車輛兩端的TD發送設備分別向軌道梁上的環線發送f1、f2信號(或稱車載信號)。其中f1信號的載頻為13.5 kHz，調制頻率為112 Hz；f2信號的載頻為15.0 kHz，調制頻率為112 Hz，采用梯形波調幅方式（PWD）。 在正常情況下，列車駛入某環線區段，列車頭部天線向該環線區段發送f1信號，使該區段的CH繼電器落下，同時，F1繼電器吸取，實現列車占用本區段的檢測；列車前行，車尾部駛入該區段時，車尾部天線向該區段發送f2信號，F2繼電器吸取；列車繼續前行，當車頭部駛出該區段(出清)時F1繼電器落下，車尾部駛出該區段(出清)時，該區段CH繼電器吸取，F2繼電器緩放落下，確定列車出清該區段。當車尾部駛入下一個區段，使下一個區段的F2繼電器吸取。 在車載信號設備發生故障的情況下，當f1信號或f2信號發生故障時，列車經過的區段全是紅光帶；當地面CH故障時，本區段是紅光帶；當f1信號和f2信號都發生故障時，列車所在區段的軌道繼電器就會失去勵磁的時機不會勵磁，盡管故障后所經過的區段無法檢測列車的實際位置，但列車后方始終有一區段是紅光帶，阻止了后續列車的進入，實現了后方保護，使故障導向安全。（2）TD預置（軌道區段故障解鎖）。與一般軌道電路不同，環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預置根據列車在線的情況，將軌道區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地面設備根據位置、線路占用/出清等情況選擇限制速度信號，并將其發送給軌道環線。然后ATP車上設備通過列車的天線連續接收信號并解碼，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地面設備發送的速度信號采用梯形波調幅方式（PWD）。其載頻上行線為21 kHz、下行線為20 kHz，低頻調制信號為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監督下的人工駕駛模式為機車信號運行模式；調車采用帶機車信號顯示的調車模式；限制人工駕駛模式是在車輛段按調車信號機顯示運行，用于非ATP區段；限制人工駕駛模式是在正線，手動切換，在0碼區段內進行倒車、推進作業，該模式下，系統監視列車速度，只檢測15 km/h的限制速度（附速度校核），用于ATP信號接收系統故障、TD接收系統故障、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的運行模式。ATP裝置切除時，按規范規定的運行模式運行。（4）防誤出發設備。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是非常危險的。針對單軌交通的這一特點，信號系統有必要采取一定的防護措施，最大限度地防止事故發生。 在車輛段每一股道出發信號機前方區段設置防誤出發設備，利用安裝于室內的防誤出發信號發送器向室外的TD環線上疊加發送防誤出發信號。 當出發信號機處于關閉狀態時，防誤出發設備向每一股道的TD環線發送“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而越過信號機，因信號機后方區段是ATP信號的，車載ATP設備從有碼變無碼，列車將實行緊急制動。 當出發信號機開放時，防誤出發設備向其前方的TD環線發送“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段。當地面防誤出發設備、TD環線、車載ATP設備發生故障或在非限制人工駕駛模式下，防誤出發功能失效。（5）道岔的控制。單軌道岔由4～5節箱型鋼梁連接組成，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控和轉換進行分工，由信號系統負責道岔的監控，由道岔系統負責道岔的轉換。 信號系統的聯鎖設備需進行特殊處理，解決三開、五開道岔的聯鎖關系以及道岔轉換時間延長的問題。信號系統向道岔系統提供道岔轉換的目標位置信息、現場操作授權信息、DC 24V表示電源。 道岔系統向信號系統提供道岔位置的表示信息、現場操作交權信息、道岔故障信息。道岔系統完成道岔的轉換、機械鎖閉。 3.3 系統功能 ATP/TD系統的地面設備通過設置于軌道梁兩肩部的軌道環線向列車連續發送速度控制信息，由ATP/TD系統的車載設備根據接收到的臺階式速度控制信息連續控制車輛的運行，實現列車的間隔保護和超速防護。 ATP/TD系統的車載設備通過列車頭部和尾部的天線分別向軌道環線連續發送不同頻率的信號，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展。
3ATP/TD系統3.1 系統構成 （1）ATP/TD地面設備。ATP/TD地面設備構成主要由ATP/TD發送/接收設備、CH發送設備、繼電器架、監控架、室內匹配變壓器、室外匹配變壓器（MT）、電纜、電纜環線（LOOP）等組成，見圖1。信息經室內變壓器、電纜、現場MT傳送到環線LOOP上，車載設備接收LOOP上的信息，同時，車載設備向LOOP上發送TD信息，TD信息經現場MT、電纜、室內變壓器送至ATP/TD接收設備；CH發送設備及TD接收設備負責檢查環線的完好和列車位置，ATP/TD發送接收設備負責接收CH信號和列車發送的TD信號并將有關信息送到繼電器架，同時，根據聯鎖接口條件編碼向列車發送ATP信息，控制列車運行；監控架負責監控ATP/TD地面設備的情況，并將有關故障信息傳送給聯鎖設備，確保設備的正常運行。 （2）ATP/TD車載設備。ATP/TD車上設備由MC2車側乘務員室內安裝的ATP信號接收裝置和MC1車側安裝的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。列車通過天線經匹配變壓器接收地面發送的ATP信息，控制列車運行，同時，通過列車頭部天線向地面發送f1信號，車尾部向地面發送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發送設備和地面的發送、接受設備共同完成。TD地面設備發送校核信號（CH）檢查環線的完整性。CH信號的載頻為14.25 kHz，調制信號的頻率為97 Hz；采用梯形波調幅方式（PWD）。 車輛兩端的TD發送設備分別向軌道梁上的環線發送f1、f2信號(或稱車載信號)。其中f1信號的載頻為13.5 kHz，調制頻率為112 Hz；f2信號的載頻為15.0 kHz，調制頻率為112 Hz，采用梯形波調幅方式（PWD）。 在正常情況下，列車駛入某環線區段，列車頭部天線向該環線區段發送f1信號，使該區段的CH繼電器落下，同時，F1繼電器吸取，實現列車占用本區段的檢測；列車前行，車尾部駛入該區段時，車尾部天線向該區段發送f2信號，F2繼電器吸取；列車繼續前行，當車頭部駛出該區段(出清)時F1繼電器落下，車尾部駛出該區段(出清)時，該區段CH繼電器吸取，F2繼電器緩放落下，確定列車出清該區段。當車尾部駛入下一個區段，使下一個區段的F2繼電器吸取。 在車載信號設備發生故障的情況下，當f1信號或f2信號發生故障時，列車經過的區段全是紅光帶；當地面CH故障時，本區段是紅光帶；當f1信號和f2信號都發生故障時，列車所在區段的軌道繼電器就會失去勵磁的時機不會勵磁，盡管故障后所經過的區段無法檢測列車的實際位置，但列車后方始終有一區段是紅光帶，阻止了后續列車的進入，實現了后方保護，使故障導向安全。（2）TD預置（軌道區段故障解鎖）。與一般軌道電路不同，環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預置根據列車在線的情況，將軌道區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地面設備根據位置、線路占用/出清等情況選擇限制速度信號，并將其發送給軌道環線。然后ATP車上設備通過列車的天線連續接收信號并解碼，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地面設備發送的速度信號采用梯形波調幅方式（PWD）。其載頻上行線為21 kHz、下行線為20 kHz，低頻調制信號為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監督下的人工駕駛模式為機車信號運行模式；調車采用帶機車信號顯示的調車模式；限制人工駕駛模式是在車輛段按調車信號機顯示運行，用于非ATP區段；限制人工駕駛模式是在正線，手動切換，在0碼區段內進行倒車、推進作業，該模式下，系統監視列車速度，只檢測15 km/h的限制速度（附速度校核），用于ATP信號接收系統故障、TD接收系統故障、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的運行模式。ATP裝置切除時，按規范規定的運行模式運行。（4）防誤出發設備。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是非常危險的。針對單軌交通的這一特點，信號系統有必要采取一定的防護措施，最大限度地防止事故發生。 在車輛段每一股道出發信號機前方區段設置防誤出發設備，利用安裝于室內的防誤出發信號發送器向室外的TD環線上疊加發送防誤出發信號。 當出發信號機處于關閉狀態時，防誤出發設備向每一股道的TD環線發送“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而越過信號機，因信號機后方區段是ATP信號的，車載ATP設備從有碼變無碼，列車將實行緊急制動。 當出發信號機開放時，防誤出發設備向其前方的TD環線發送“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段。當地面防誤出發設備、TD環線、車載ATP設備發生故障或在非限制人工駕駛模式下，防誤出發功能失效。（5）道岔的控制。單軌道岔由4～5節箱型鋼梁連接組成，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控和轉換進行分工，由信號系統負責道岔的監控，由道岔系統負責道岔的轉換。 信號系統的聯鎖設備需進行特殊處理，解決三開、五開道岔的聯鎖關系以及道岔轉換時間延長的問題。信號系統向道岔系統提供道岔轉換的目標位置信息、現場操作授權信息、DC 24V表示電源。 道岔系統向信號系統提供道岔位置的表示信息、現場操作交權信息、道岔故障信息。道岔系統完成道岔的轉換、機械鎖閉。 3.3 系統功能 ATP/TD系統的地面設備通過設置于軌道梁兩肩部的軌道環線向列車連續發送速度控制信息，由ATP/TD系統的車載設備根據接收到的臺階式速度控制信息連續控制車輛的運行，實現列車的間隔保護和超速防護。 ATP/TD系統的車載設備通過列車頭部和尾部的天線分別向軌道環線連續發送不同頻率的信號，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展。