有軌電車路口優(yōu)先問題研究

■ 黃坤林 謝勇

有軌電車興起于19世紀(jì)，到19世紀(jì)末20世紀(jì)初已經(jīng)成為世界上很多城市的主要交通工具。我國(guó)上海、大連、長(zhǎng)春等城市早期也都建有有軌電車線路，車輛總數(shù)超過千輛。20世紀(jì)中葉，隨著汽車工業(yè)的全面發(fā)展，道路擁擠，由于傳統(tǒng)有軌電車速度慢、噪聲大、對(duì)路面影響較大的缺點(diǎn)，各地逐步拆除有軌電車線路，為汽車讓行，僅部分城市保留。隨著科技的進(jìn)步，有軌電車及配套系統(tǒng)的技術(shù)越來越先進(jìn)，有軌電車的速度、噪聲、對(duì)路面交通的影響也得到了很大改善，并由于具備低碳、節(jié)能、運(yùn)量大、景觀效果好、建設(shè)周期短、成本低等特點(diǎn)，有軌電車正煥發(fā)出新的活力。

1 有軌電車交通組織特點(diǎn)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低，城市人口多，交通流量大，城市環(huán)境面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為緩解交通難題，各地均大力發(fā)展公共交通。有軌電車建設(shè)周期短、成本低，可作為地鐵、輕軌等軌道交通網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和延伸，有效緩解城市擁堵，還可作為園區(qū)內(nèi)部連接的快速交通?；诖?，南京麒麟科技創(chuàng)新園快速公交1號(hào)線采用了現(xiàn)代有軌電車形式。

麒麟科技創(chuàng)新園有軌電車車輛由南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司生產(chǎn)，為100％低地板、鋼軌鋼輪走行模式。車輛采用模塊化設(shè)計(jì)，包含5個(gè)基本模塊，其中1個(gè)轉(zhuǎn)向架模塊，2個(gè)帶司機(jī)室的轉(zhuǎn)向架模塊，2個(gè)懸浮的客室模塊，模塊間采用鉸接裝置相連，形成一列車（見圖1）。整車包含3個(gè)轉(zhuǎn)向架，中間為拖車轉(zhuǎn)向架，兩端為動(dòng)車轉(zhuǎn)向架。車輛門檻處離地面高度僅為330 mm，方便乘客上下車。車輛全長(zhǎng)32 m，車寬2.65 m，內(nèi)部空間寬敞，客室內(nèi)乘客站立區(qū)高度大于1.9 m，每輛車最大載客量382人，最高運(yùn)行速度70 km/h。

麒麟科技創(chuàng)新園有軌電車線路采用半獨(dú)立路權(quán)形式。在交叉口范圍外，有軌電車線路被路緣石或柵欄與機(jī)動(dòng)車道隔離，確保有軌電車道路專有性。有軌電車線路與其他道路相交時(shí)使用平交形式，在交叉口內(nèi)路緣石是斷開的，允許機(jī)動(dòng)車穿越。在交叉口，有軌電車與地面機(jī)動(dòng)車存在混行，機(jī)動(dòng)車行駛必然會(huì)對(duì)有軌電車的運(yùn)行產(chǎn)生沖突，將降低有軌電車系統(tǒng)的快捷、安全、可靠等優(yōu)勢(shì)，也對(duì)道路交通產(chǎn)生較大影響。

麒麟科技創(chuàng)新園有軌電車采用“區(qū)間蓄電池+車站接觸網(wǎng)”的牽引供電模式，每列車配置兩組蓄電池，每組蓄電池容量為49 kW·h，全線僅車站設(shè)置接觸網(wǎng)。車輛在站間運(yùn)行時(shí)，采用自帶蓄電池提供動(dòng)力，在車輛停站上下客時(shí)，從接觸網(wǎng)取流為車載負(fù)載供電，同時(shí)為車載蓄電池補(bǔ)充能量。這種供電方式帶來了一個(gè)新的問題，由于空調(diào)等輔助負(fù)載能耗巨大，占車輛全部能耗的55％（見圖2），且路口停車時(shí)間越長(zhǎng)輔助負(fù)載能耗占比將越高，長(zhǎng)時(shí)間的路口停車會(huì)造成蓄電池電量下降，可能降低有軌電車性能。因此，采取適當(dāng)辦法，如選取合理的交通管理措施和交叉口信號(hào)標(biāo)志或信號(hào)設(shè)計(jì)方案等路口優(yōu)先措施，減少有軌電車與機(jī)動(dòng)車流的沖突，降低有軌電車路口等待時(shí)間，是確保有軌電車運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。

麒麟科技創(chuàng)新園有軌電車在道路斷面上的布置方式有兩種：中央布置和路側(cè)布置。從有軌電車線路和與其平交的道路等級(jí)來分，可分為主/主交叉、主/次交叉、次/主交叉等。

有軌電車線路采用中央布置時(shí)（見圖3），與6個(gè)運(yùn)行方向的機(jī)動(dòng)車會(huì)產(chǎn)生沖突；有軌電車線路采用一側(cè)布置時(shí)（見圖4），與6個(gè)運(yùn)行方向的機(jī)動(dòng)車會(huì)產(chǎn)生沖突；有軌電車線路由路側(cè)轉(zhuǎn)為路中時(shí)（見圖5），與3個(gè)運(yùn)行方向的機(jī)動(dòng)車會(huì)產(chǎn)生沖突。

2 路口優(yōu)先中的無線通信技術(shù)

現(xiàn)代有軌電車道口信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)是有軌電車調(diào)度系統(tǒng)的重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)平交道口主動(dòng)信號(hào)優(yōu)先的自動(dòng)控制。在有信號(hào)管理的平交道口，系統(tǒng)工作時(shí)，首先需要完成對(duì)有軌電車車輛的檢測(cè)和定位，信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)其信息進(jìn)行分析、判斷和處理，確定一種能使有軌電車優(yōu)先通過平交道口的信號(hào)燈狀態(tài)，并將信號(hào)燈狀態(tài)控制命令傳送到道口信號(hào)機(jī)執(zhí)行，達(dá)到有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制的目的。

通常有軌電車道口優(yōu)先信號(hào)系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)道口列車識(shí)別、定位；采用線纜連接無線地面接收設(shè)備、職能信號(hào)控制器和控制服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)控制服務(wù)器對(duì)優(yōu)先策略的控制、編輯和統(tǒng)計(jì)。

目前，可運(yùn)用在有軌電車道口信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)的無線通信技術(shù)主要有GPS/BD＋GPRS、源射頻識(shí)別RFID、基于ZigBee、基于感應(yīng)線圈等無線通信技術(shù)。

（1）GPS/BD+GPRS。系統(tǒng)通過GPS/BD衛(wèi)星定位系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中的有軌電車實(shí)時(shí)定位，并利用通信運(yùn)營(yíng)商的GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，列車的定位信息最終傳送到信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)控制服務(wù)器。當(dāng)車輛行駛到道口時(shí)，信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)控制服務(wù)器根據(jù)收到的列車位置和運(yùn)行速度，以及上一次平交道口信號(hào)優(yōu)先服務(wù)級(jí)別信息情況，相應(yīng)配置道口優(yōu)先策略，并給出信號(hào)機(jī)顯示控制，實(shí)現(xiàn)道口信號(hào)優(yōu)先。

（2）源射頻識(shí)別RFID。RFID是一種非接觸的射頻通信方式，通過讀寫器與標(biāo)簽的無線通信可以進(jìn)行信息采集，從而識(shí)別標(biāo)簽載體的身份等特征。RFID技術(shù)是在平交道口合適位置安裝讀卡器，當(dāng)安裝有RFID電子標(biāo)識(shí)卡的有軌電車車輛經(jīng)過讀卡器時(shí)，系統(tǒng)感知到有軌電車車輛的到來，從而通過控制服務(wù)器給予信號(hào)優(yōu)先控制。

（3）Z i g B e e。在有軌電車上安裝Zig Bee通信車載移動(dòng)設(shè)備，道口兩側(cè)安裝ZigBee通信地面設(shè)備，信號(hào)機(jī)機(jī)箱內(nèi)安裝道口通信基站，三者之間通過無線通信連接。當(dāng)安裝有車載移動(dòng)設(shè)備的有軌電車行駛到道口一定距離時(shí)，路側(cè)地面設(shè)備就能在眾多車輛中感知到有軌電車的到來，地面設(shè)備將此信息通過通信基站用RS232傳遞給信號(hào)機(jī)，實(shí)現(xiàn)有軌電車車輛的信號(hào)優(yōu)先。

（4）感應(yīng)線圈。將感應(yīng)線圈電纜安裝于鋼軌之間，用來提供有軌電車與地面控制設(shè)備的通信連接。感應(yīng)線圈技術(shù)主要適用于具有專用道路的系統(tǒng)，在有軌電車專用道路上離道口一定距離處安裝地感線圈，當(dāng)有軌電車行駛過線圈時(shí)，系統(tǒng)通過檢測(cè)感應(yīng)線圈內(nèi)感應(yīng)電壓的變化感知有軌電車的到來和方向，系統(tǒng)控制服務(wù)器命令道口信號(hào)機(jī)對(duì)有軌電車給予信號(hào)優(yōu)先。

3 路口優(yōu)先方案

有軌電車路口優(yōu)先主要通過信號(hào)燈優(yōu)先實(shí)現(xiàn)，解決方式主要有以下幾種。

（1）插入有軌電車專用相位（絕對(duì)優(yōu)先）。當(dāng)有軌電車在非通過相位（非綠燈狀態(tài)）到達(dá)交叉口時(shí)，在非通過相位中（非綠燈狀態(tài)）插入一個(gè)有軌電車專用相位（綠燈），實(shí)現(xiàn)有軌電車不停車直接通過交叉口，待有軌電車完全通過后，按照原有相位順序繼續(xù)運(yùn)行。

絕對(duì)優(yōu)先對(duì)機(jī)動(dòng)車通行影響最大，在機(jī)動(dòng)車流量較大時(shí)，考慮到國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車交通實(shí)際情況，可能造成次生交通擁堵，因此絕對(duì)優(yōu)先適用于主/次、主/支等平交道路等級(jí)較低、交通流量小的交叉路口。

（2）綠燈延長(zhǎng)或紅燈縮短（相對(duì)優(yōu)先）。綠燈延長(zhǎng)：當(dāng)有軌電車在通過相位（綠燈）快結(jié)束到達(dá)交叉口時(shí)，延長(zhǎng)該相位（綠燈），實(shí)現(xiàn)有軌電車不停車直接通過交叉口。紅燈縮短：當(dāng)有軌電車在非通過相位（非綠燈狀態(tài)）到達(dá)交叉口時(shí)，提前開啟有軌電車通過相位（綠燈），最大限度減少有軌電車停車等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先通過。

相對(duì)優(yōu)先對(duì)機(jī)動(dòng)車通行影響較絕對(duì)優(yōu)先小，適用于主/主等平交道路與有軌電車道路等級(jí)一致、交通流量較大的交叉路口。

對(duì)于次/主等平交道路等級(jí)高、交通流量大的交叉口，為不影響機(jī)動(dòng)車通行，可采用不優(yōu)先的信號(hào)控制方案，有軌電車完全按照原有機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈指示行車。

考慮到交叉口性質(zhì)，根據(jù)“主/次交叉口采用絕對(duì)優(yōu)先、主/主交叉口采用相對(duì)優(yōu)先、次/主交叉口不優(yōu)先”的原則，設(shè)置有軌電車路口優(yōu)先系統(tǒng)，既充分保證有軌電車優(yōu)先通過，又盡量減少對(duì)機(jī)動(dòng)車通行的影響，確保機(jī)動(dòng)車通行順暢，不帶來新的“堵點(diǎn)”。

麒麟科技創(chuàng)新園現(xiàn)代有軌電車1號(hào)線工程沿線有17個(gè)十字形路口，可采用表1所示路口優(yōu)先方案。

表1 交叉路口優(yōu)先方案序停車 交叉口號(hào) 停車位置 原因 類型 類型 形式1 滄麒東路/九號(hào)路 交叉口 路側(cè) 主/次 相對(duì)優(yōu)先2 滄麒東路/光華東路 交叉口 路側(cè) 主/主 不優(yōu)先3 滄麒東路/柳營(yíng)南路 交叉口 路側(cè) 主/次 相對(duì)優(yōu)先4 滄麒東路/鐘學(xué)路 交叉口 路側(cè) 主/次 相對(duì)優(yōu)先5 滄麒東路/鐘學(xué)北路 交叉口 路側(cè) 主/主 不優(yōu)先6 滄麒東路/天競(jìng)路 交叉口 路側(cè) 主/支 絕對(duì)優(yōu)先7 滄麒東路/花崗路 交叉口 路側(cè) 主/支 絕對(duì)優(yōu)先8 滄麒東路/南灣營(yíng)路 交叉口 路側(cè) 主/主 不優(yōu)先9 滄麒東路/天和路 交叉口 路側(cè) 主/次 相對(duì)優(yōu)先10 滄麒東路/天泉路 交叉口 路側(cè) 主/支 絕對(duì)優(yōu)先11 滄麒東路/天旺路 交叉口 路側(cè) 主/支 絕對(duì)優(yōu)先12 滄麒東路/天麒路 交叉口 路側(cè) 主/支 絕對(duì)優(yōu)先13 滄麒東路/芝嘉東路 交叉口 路側(cè)轉(zhuǎn)路中 主/次 絕對(duì)優(yōu)先14 芝嘉東路/土花路 交叉口 路中 次/支 絕對(duì)優(yōu)先15 芝嘉東路/馬高路 交叉口 路中 次/主 不優(yōu)先16 芝嘉東路/文康路 交叉口 路中 次/支 相對(duì)優(yōu)先17 芝嘉東路/天泉路 交叉口 路中 次/次 相對(duì)優(yōu)先

4 預(yù)期效果

在表1所示路口優(yōu)先方案的基礎(chǔ)上，考慮到各車站停車時(shí)間、各交叉口停車時(shí)間期望值，通過分析，形成表2所示運(yùn)行時(shí)刻表。

在上述路口優(yōu)先方案基礎(chǔ)上，麒麟科技創(chuàng)新園有軌電車平均旅行速度不小于20 km/h，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，牽引蓄電池放電深度不大于4.6％（小于5％的設(shè)定值，且蓄電池容量始終處于最優(yōu)工作區(qū)間，確保了牽引蓄電池的使用壽命），放電電流不大于2.0 C，充分保證了有軌電車系統(tǒng)快捷、可靠的運(yùn)營(yíng)服務(wù)能力。

表2 運(yùn)行時(shí)刻表有軌電車車站 里程/km ?？繒r(shí)間/s 行駛時(shí)間/s 總時(shí)間/s馬群 0.00 0 0 0百水芊城 1.39 40 157 197馬高路 2.16 35 88 320天旺路 2.79 45 71 436天和路 3.63 40 95 571南灣營(yíng) 4.38 30 85 686天澤路 4.94 30 63 779天競(jìng)路 5.64 30 79 888中央公園 6.39 30 85 1 003光華東路 7.08 30 78 1 111建南路 7.64 30 63 1 204九號(hào)路 8.22 30 66 1 300王五莊 8.84 180 70 1 550九號(hào)路 9.46 30 70 1 650建南路 10.04 30 66 1 746交叉路口 10.45 60 46 1 852光華東路 10.60 30+60 17 1 959中央公園 11.29 30 78 2 067交叉路口 11.89 60 68 2 195天競(jìng)路 12.04 30+60 17 2 302天澤路 12.74 30 79 2 411交叉路口 13.15 60 46 2 517南灣營(yíng) 13.30 30+60 17 2 624天和路 14.06 40 85 2 749天旺路 14.89 45 95 2 889馬高路 15.52 35 71 2 995百水芊城 16.30 40 88 3 123馬群 17.68 180 157 3 460

在機(jī)動(dòng)車交通高峰期過后，還可以通過縮短機(jī)動(dòng)車通過相位，提高更多路口的有軌電車通過優(yōu)先權(quán)，進(jìn)一步減少有軌電車的停車等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)有軌電車旅行速度的再次提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

在采用有效的路口優(yōu)先設(shè)計(jì)情況下，有軌電車旅行速度得到保證，加上有軌電車低碳、節(jié)能、環(huán)保、運(yùn)行平穩(wěn)舒適、乘坐方便快捷、系統(tǒng)運(yùn)量大、能有效疏解交通等特點(diǎn)，有軌電車必將成為國(guó)內(nèi)各城市大力發(fā)展的現(xiàn)代公共交通形式。

[1] 李元坤，苗彥英. 國(guó)外現(xiàn)代有軌電車建設(shè)發(fā)展的啟示[J]. 城市軌道交通研究，2013(6)：29-32．

[2] 南京市麒麟科技創(chuàng)新園現(xiàn)代有軌電車一號(hào)線初步設(shè)計(jì)，2012．

[3] 南京市麒麟科技創(chuàng)新園現(xiàn)代有軌電車一號(hào)線車輛設(shè)計(jì)資料，2013．