信号在城市轻轨系统中的作用

随着城市寻求可持续、高容量的过境解决方案,城市轻轨迅速扩大。 与重轨不同,轻轨的运行时常有混合交通、更紧的曲线和较短的车站间隔。 这种环境要求不仅安全而且灵活信号系统,以处理频繁的停站、可变的客运负荷以及同街道交通信号的密切协调。 轻轨的有效信号是安全、能力和可靠性的支柱。 它能防止碰撞、管理进度(列车间隔时间),并使运营商能够动态调整时刻表。 随着网络的成长,老化信号基础设施成为瓶颈,促使过境机构采用原先为地铁和干线铁路开发的现代化的列车控制技术。

轻轨信号技术的关键改造

自动列车控制( ATC)

ATC系统持续监控列车速度,并根据轨迹条件和其他列车位置执行速度限制. 在轻轨,ATC经常与路边信号融合,以提供持续的超速保护. 例如,西门子列车护卫MT可以适应轻轨的较低速度和较短的刹车距离,减少对固定区块路段的需求,并使得更接近的进展,这对于在高峰时段保持能力而不损害安全性至关重要.

通信火车控制(CBTC)

CBTC用列车之间的无线通信以及中央控制系统取代传统的轨道电路,它允许真正的行车挡信号,每列列列车的安全刹车距离决定了它的占用. CBTC使用的轻轨系统在运行于复杂的轨道布局时可以实现低至90秒的进取. Alstom Urbalis Fluence平台部署在上海松江电车和其他轻轨线路上,通过与交通轻轨优先系统整合,显示CBTC如何处理混合交通. CBTC还减少了轨道边设备的数量,降低了繁忙的城市走廊的维护成本.

驱动协助和碰撞避免

在城市环境中,驾驶员协助系统为障碍物,超速或信号违规提供实时警报. Hitachi Rail Obstacle System[]使用lidar和摄像头识别轨道上的行人,车辆或碎片. 如果驾驶员不响应,它可以自动应用紧急制动. 这些系统在列车与行人共享空间和道路交通的街上运行区段特别宝贵. 另一种创新是 ETCS(欧洲列车控制系统)三级概念,它使用卫星定位完全消除物理信号,尽管它仍在轻轨的早期试验中.

与交通信号优先级的整合

轻轨汽车经常触发交通信号预置以减少交叉路口的延迟. 现代信号系统通过像 国家交通通信为ITS协议[NTCIP] 这样的协议直接与城市交通管理中心连接,这使得有轨电车在实时时刻表的遵守基础上可以动态优先使用. 例如, Portland MAX轻轨 使用与交通管制员通信的集中信号系统,将绿色阶段或短路红色阶段用于接近有轨电车,使旅行时间可靠性提升了15%.

实施现代信号促进轻轨的挑战

高资本和一体化费用

将信号从遗留的固定区块提升到CBTC或移动区块系统需要大量投资。 典型的轻轨线每英里新信号基础设施成本可达1000万至3000万美元。 对于现有的系统,改造需要谨慎规划以避免服务中断。 各机构必须平衡新技术的成本与预期的能力和安全效益。 许多机构选择分阶段部署,比如在CBTC全面运行前首先安装驾驶员协助系统。

网络安全问题

随着信号系统越来越连接,并更加依赖无线通信,它们变得容易受到网络攻击. 突破可能让攻击者操纵火车移动或阻塞安全指令. 美国公共交通协会[APTA] 发布了CBTC系统的安全准则,建议加密,网络分割,以及定期的渗透测试. 转运机构越来越多地雇佣专门的网络安全工作人员来保护信号控制网络. Los Angeles Metro 为其新建的轻轨线路,包括Crenshaw/LAX线路,实施了多层次的网络安全框架.

电磁干扰和城市基础设施

城市环境挤满了电力系统,无线装置,以及俯冲电线,所有电线都能够产生干扰信号设备的电磁干扰(EMI). 轻轨牵引系统产生高频谐波,会影响轨道电路. 减缓EMI往往需要屏蔽电缆,安装滤波器,并为CBTC使用频断散频谱无线电. 欧洲电工标准化委员会(CENELEC)标准EN 50121-3-2为城市铁路应用中的铁路信号设备规定了EMI限制.

与遗留系统整合

许多轻轨系统是老旧的有轨电车网络的扩张,这些网络仍然使用机械互锁或中继信号. 新的数字系统必须与这些遗留部分相互操作. 一个共同的方法是使用混合系统,其中CBTC为较新的机车车辆段覆盖现有的固定区块系统,而老旧的有轨电车则继续使用传统信号. . . 布鲁斯轻轨[网络经过十年的逐步过渡,在新线路上安装CBTC,同时在老旧遗产线路上保持人工区块操作.

案例研究:运营中的城市轻轨信号

新加坡的长途铁路和轻轨一体化

新加坡LRT(Light Rapid Transit)系统使用来自Thales(现为Hitachi Rail)的CBTC来实现全自动无司机运行,系统在一些分支上处理进展低至60秒,信号平台与城市交通轻便优先系统融合,允许有轨电车在不停车的情况下穿越繁忙的交叉路口,新加坡的方法表明,在人手干预最小的情况下,高容量轻便铁路能够对城市环境产生多大的惠益.

巴黎特兰威扩建和ERTMS

巴黎快速扩展了使用轻轨的ERTMS(欧洲铁路交通管理系统)的电车网络. T3线使用ERTMS区域二级,对穿越巴黎南部的8公里线路提供连续的高速监督. 系统与城市交通信号接口,允许有轨电车与街道交通共享轨道,同时保持最低90秒的进度. the [] ⁇ le-de-France Mobilités 机构报告称,ERTMS将旅行时间缩短了10%,并消除了信号相关事件.

美国轻轨系统与PTC适应

在美国,与货运铁路共用轨道的轻轨系统必须遵守积极的列车控制(PTC)任务. 华盛顿地铁地区过境局和达拉斯地区快速过境[DART]]已经实施了与东道货运铁路相互作用的轻轨段的PTC,这需要安装基于全球定位系统的列车位置,路边接口装置,以及执行速度限制和临时慢速订单的机载计算机,这是成本高昂的改造,但对混合交通走廊的安全至关重要.

未来方向:AI、数字双子和可持续信号

用于预测维修的人工智能

AI算法可以分析来自CBTC系统的信号数据,以检测组件故障的早期迹象——如不规则的无线电信号强度或磨损的点马达. 转运机构如西中地运输(UK)使用机器学习模型来预测信号中继或无线电需要替换,减少计划外的断电. AI还可以通过根据乘客载荷数据调整停留时间,实时优化进度.

模拟和测试数字双胞胎

数字双子技术为模拟创造了整个轻轨信号基础设施的虚拟复制品——轨迹电路、互锁、无线电基地站。工程师可以在不干扰现场操作的情况下测试新的软件更新或情景变化(例如,增加一个新的站). Valencia Metro (西班牙)使用其信号系统的数字双子来培训司机和测试紧急程序,这可以将升级的调试时间减少40%。

可持续信号:能量较低和轨迹较少的组件

现代信号学通过使用电池支撑的路边设备,用无线通信取代加热轨道电路来降低能量消耗. Alstom开发的[STOP(Smart Train Operation Platform)使用太阳能白化和低功率无线电来尽量减少对电网的依赖性. 对于新的轻轨项目,这些可持续的信号学选择可以比传统系统减少25%的生命周期碳足迹.

结论:轻轨信号的前进道路

城市轻轨信号正在从简单的固定区块系统演变成智能的适应性网络,与城市交通管理相结合,并确保高可靠性。 虽然成本、网络安全和遗留的一体化仍然是重大障碍,但能力、安全和业务效率方面的好处正在推动全球快速采用。 投资于现代信号技术的过境机构 — — 特别是CBTC、AI驱动的诊断和数字双胞胎 — — 将更有能力满足日益增长的骑行需求,并有助于可持续的城市流动性。 轻轨的未来不仅仅是更多轨道,而是更明智的信号,使每一个旅程更安全、更快。

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