隨著我國社會經濟的發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴張，城市交通需求大大增加，汽車數量過度增加，道路容量的擴建遠遠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、空氣和噪音污染嚴重以及巨大資源浪費，現代城市的發(fā)展面臨嚴峻的考驗。為滿足城市公共交通客運量日益增長的需要，并結合城市不同區(qū)域運量區(qū)別，把注意力重新轉移到地面軌道交通方式，特別是現代有軌電車，已成為國內外研究學者和政府決策部門的共識。在國家發(fā)改委2011年發(fā)布的《產業(yè)結構調整指導目錄(2011年本)》及其2013年修訂版中，有軌交通均被列為鼓勵類。為促進我國有軌電車的發(fā)展，詳細了解日本某有軌電車信號系統(tǒng)的結構、基本技術與功能等，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個城市開通了有軌電車線路，線路總里程達1500km。但自20世紀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輸能力更大的地鐵所占據，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在的250km左右。
到了20世紀80年代，隨著環(huán)境保護意識的增強和技術的進步，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世紀末也開始審視城市有軌電車在城市交通運輸中的作用。為了促進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)建設費補助制度"。依據該規(guī)定，對于承擔城市有軌電車交通計劃項目建設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于約1/4的建設費用補助。另外，自1997年第一批低地板輕軌車在熊本投入運營，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營。該車由近畿車輛、三菱重工和東洋電器制造聯合開發(fā)，為鉸接式5節(jié)編組，有3臺轉向架，其中2臺為動力轉向架，采用獨立旋轉車輪，電機和齒輪安裝在車輪外側，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家有軌電車運營商，總量約1000輛。
現有系統(tǒng)構架
現有信號系統(tǒng)結構主要由以下三部分組成：車載裝置、地面設備、控制中心，(1)車載設備。車載設備主要包括信號處理單元、GPS接收及處理設備、以及與地面設備相連的無線通信設備，主要包含三種功能：利用GPS實現速度與位置測量，并通過無線終端傳送至地面設備;運行與出發(fā)允許信號的檢測及最大運行距離的表示;報警及提示裝置。
(2)地面裝置。地面裝置的主要用于實現車載設備和控制中心之間的信息或命令交換。地面設備與車載(地-車)之間采用無線通信，地面設備與控制中心(地-中)之間采用有線通信。其中由車載發(fā)送給地面設備的通信內容主要包括：列車編號、出發(fā)或高速請求、停車確認、GPS異常信號等;由地面設備發(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、前向最大行駛距離、停車確認等。
(3)控制中心?？刂浦行闹饕糜诮邮张c分析車載設備發(fā)來的信息、給地面設備及列車發(fā)送信息及命令、實時顯示列車位置等、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、出發(fā)確認、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、前向最大行駛距離、停車確認等。
實驗測試
通過前期實驗，主要取得了以下成果：
車-地無線通信性能。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備，測量結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，試驗線長度為12公里，GPS接收機天線(通信間隔為1秒)置于車頂，采用FM作為補充，并綜合利用GIS，檢測結果如下：
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果影響不大，當接收天線于車內或離車體教近時，接收效果差，遠離車體效果變好;
3)實驗線路約98%區(qū)域受GPS信號覆蓋，檢查精度小于5米。
對車載設備、通信設備、中央處理裝置、GPS接收機以及無線傳送設備進行了如下檢查：
(1)基于JIS-E 3004-1972-【繼電聯動機檢查方法】的外觀檢查，檢查結果為"良";
(2)基于JIS-E 3004-1972-【繼電聯動機檢查方法】的配線檢查，檢查結果為"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，其檢查結果為"良";
(4)基于JIS-E 3014-1999-【鐵道信號保安部品的振動測試方法】的振動檢查，檢查結果為"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，檢查結果為"良";
(6)基于JIS-E 3017-1992-【鐵道信號保安部品的防水試驗方法】的撞擊檢查，檢查結果為"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，檢查結果為"良"。
未來系統(tǒng)框架及研究內容
在現有系統(tǒng)結構的基礎上，考慮旅客、車站等因素，未來信號系統(tǒng)結構主要有以下功能：
(1)以駕駛員目測駕駛為基礎，自動駕駛系統(tǒng)為輔助;
(2)當與前行車輛之間的距離足夠大時，采用高速運行模式;
(3)建立基于車-車、車-地通信的運行管理;
(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)當有汽車、行人等障礙物靠近時，自動報警。
未來研究方向主要有：
(1)地面設備與控制中心間的無線通信。目前，地面設備與控制中心是直接通過電纜通信，但是敷設新電纜的成本太高。即使采用無線通信，以下幾個方面仍有待斟酌，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行仍舊為主要的運行方式，但僅憑駕駛員的個人素質已不能滿足高速運行的要求。特別當GPS的信號不良、通信中斷等受外部干擾時，必須系統(tǒng)能夠始終導向安全側。同時，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)提高運行速度的挑戰(zhàn)?，F有系統(tǒng)的一般時速設計為60km/h，在進一步提高速度至80km/h或更高時，對確保系統(tǒng)安全將帶來極大地挑戰(zhàn)。
(4)客流影響。分析上下班高峰時段、節(jié)假日、及非高峰時段的行車安排及各站停車時間等，提高緊急事件處理能力，進一步提高便利度、安全舒適度等旅客服務質量。
(5)節(jié)能策略。研究在跨線運行等復雜路面條件下的節(jié)能策略，包括新能源電池的利用、基于節(jié)能的運行工況自動優(yōu)化等。
（轉載）
