德國(guó)現(xiàn)代有軌電車平交口交通信號(hào)相位分布

虞笑晨

(德國(guó)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué))

德國(guó)現(xiàn)代有軌電車平交口交通信號(hào)相位分布

虞笑晨

(德國(guó)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué))

有軌電車在通過交叉口時(shí)，由于其鋪設(shè)在道路中間的特殊軌道位置導(dǎo)致無論是直行還是轉(zhuǎn)彎有軌電車都和普通道路交通存在較多沖突點(diǎn)。合理地運(yùn)用相位分布可以減少有軌電車和其他道路交通之間的交通沖突。但是由于有軌電車出現(xiàn)頻率的有限性，“過度設(shè)計(jì)”會(huì)導(dǎo)致交叉口通行能力大幅度地下降。

有軌電車;平面交叉口;交通信號(hào);相位分布;優(yōu)先權(quán);相位開放

1 德國(guó)有軌電車平面交叉口相位分布控制要點(diǎn)

相位分布也是有軌電車交叉口信號(hào)燈控制中的一個(gè)重點(diǎn)，其本質(zhì)也是交叉口通行能力和交通安全上的一個(gè)協(xié)調(diào)。但是在德國(guó)有一條設(shè)計(jì)原則:交叉口的信號(hào)相位分布，應(yīng)盡可能地以利于社會(huì)車輛運(yùn)行的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)橛熊夒娷囉捎谄涿啃r(shí)固定的班次和運(yùn)營(yíng)間隔在每個(gè)小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)的量是很有限的，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)作為“特殊交通參與者”來考慮，否則，會(huì)造成其他交通參與者服務(wù)水平的大幅度下降。

1.1 相位分布——轉(zhuǎn)彎的有軌電車

由于有軌電車軌道是成對(duì)地鋪設(shè)在道路中央，所以轉(zhuǎn)彎有軌電車，尤其是右轉(zhuǎn)的有軌電車在相位分布時(shí)需要特殊考慮，因?yàn)樗倪@種轉(zhuǎn)彎方式太不符合平時(shí)道路交通的行駛方式。在德國(guó)交通信號(hào)控制規(guī)范[1].[2]里提到兩種方案，即轉(zhuǎn)彎有軌電車是否采用專用相位，兩種方案的實(shí)質(zhì)是安全性和通行能力的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)其采用專用相位時(shí)(圖1(a))，必然會(huì)有大量的相位轉(zhuǎn)換損失時(shí)間，并且在專用相位內(nèi)，其他社會(huì)車流對(duì)于相位的利用率也較低。但此時(shí)有軌電車行駛時(shí)可以用“通行”信號(hào)燈(F2/F3信號(hào)燈)，即有軌電車可以暢行無阻。相反，如果使用允許信號(hào)(F5)時(shí)(圖1 (b))，有軌電車駕駛員和普通道路交通司機(jī)一樣，要在交叉口等候并讓行直行車輛，因?yàn)榇藭r(shí)有軌電車是道路交通的一部分，必須遵守道路交通法規(guī)，只有當(dāng)出現(xiàn)足夠的車頭時(shí)距后，其才會(huì)選擇通過，這種相位分布將配以“優(yōu)先通行”信號(hào)，以提示有軌電車駕駛員讓行直行車輛。這種方法的好處是，可以充分利用普通車輛相位中的綠燈時(shí)間完成有軌電車的運(yùn)行，省去了不必要的相位轉(zhuǎn)換時(shí)間。

但很可惜，對(duì)此在規(guī)范中和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)中都沒有比較明確的數(shù)據(jù)去衡量:多少直行車或多少頻率的有軌電車下就必須將其相位分開。所以在德國(guó)工程師利用交通仿真軟件和實(shí)際工程的不斷跟蹤調(diào)查確定能否將轉(zhuǎn)彎有軌電車和直行車在一個(gè)相位放行。但交通工程設(shè)計(jì)師表示，如果轉(zhuǎn)彎有軌電車和直行車一起放行的話，還有一個(gè)沖突點(diǎn)就是有軌電車和行人的沖突，而且這個(gè)因素不可忽略。

圖1 轉(zhuǎn)彎有軌電車使用獨(dú)立相位(a)和不使用獨(dú)立相位(b)信號(hào)配時(shí)范例示意圖

1.2 相位分布——直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車輛

有軌電車的軌道經(jīng)常鋪設(shè)在道路當(dāng)中，因此直行有軌電車與其右側(cè)的左轉(zhuǎn)車輛之間存在很大安全隱患。但對(duì)于這個(gè)問題的處理，并未在德國(guó)信號(hào)控制規(guī)范中涉及，在實(shí)際工程中根據(jù)實(shí)地交通情況的不同有很大的靈活性。筆者通過訪問德國(guó)有軌電車運(yùn)營(yíng)公司、道路交通工程設(shè)計(jì)單位，以及高校教授，對(duì)常見的幾種處理方法做了個(gè)整理和總結(jié)。

1.2.1 方法-:使用交叉口優(yōu)先權(quán)①

方法一是不使用信號(hào)控制將直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流分開，即把兩者放在同一個(gè)相位內(nèi)，即采用最常用的兩相位方式進(jìn)行相位分布，而其安全通過德國(guó)StVO中的道路交通規(guī)定來實(shí)現(xiàn)。在德國(guó)的StVO中明確規(guī)定:左轉(zhuǎn)車輛必須讓對(duì)方直行車輛以及行駛于其左邊的公共交通(有軌電車)順暢地通過。也就是說車輛一般到交叉口先減速停車，等確保安全后再通，見圖2所示。

圖2 直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流相位分配方案-示意圖

這種方法使得有軌電車和左轉(zhuǎn)車輛之間不受信號(hào)控制，主要依靠駕駛行為來約束。比如假設(shè)駕駛行為完全符合規(guī)范的情況下，其目的是通過適當(dāng)?shù)亍⑿》鹊亟档桶踩?，從而減少相位切換所帶來的時(shí)間損耗，對(duì)左轉(zhuǎn)車流的服務(wù)水平有較大幅度的提高。尤其在德國(guó)，有軌電車清空所要的綠燈間隔時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)。但是在實(shí)際中這種提高通行能力的想法，往往未能得到很好的實(shí)現(xiàn)(詳見下文)。

1.2.2 方法二:對(duì)有軌電車開放特殊相位

這種方法是感應(yīng)信號(hào)控制的靈活應(yīng)用，也是在城市投入有軌電車以后的一種特殊信控方案。在沒有有軌電車到達(dá)的情況下，交叉口按照兩相位控制，而有軌電車的信號(hào)處于紅燈狀態(tài)。當(dāng)感應(yīng)到有軌電車來時(shí)，開放有軌電車綠燈，并關(guān)閉左轉(zhuǎn)車輛的綠燈，而和有軌電車同向的直行車則繼續(xù)暢行。其好處是僅在有軌電車來時(shí)左轉(zhuǎn)車流才會(huì)受影響，困難的是要準(zhǔn)確及時(shí)地感應(yīng)有軌電車的到達(dá)，并及時(shí)開啟其特殊相位，見圖3所示。

圖 3 直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流相位分配方案二示意圖

和方法一相比，其區(qū)別在于有軌電車到達(dá)的那一刻左轉(zhuǎn)車流會(huì)被限制通行，換而言之，方法一也就在“有軌電車到達(dá)時(shí)左轉(zhuǎn)車能繼續(xù)通行”這一點(diǎn)上對(duì)通行能力有所幫助。但通過交通仿真分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象，當(dāng)在使用方法一分配相位時(shí)，每輛左轉(zhuǎn)車到達(dá)交叉口其等候時(shí)間(大約2 s)加之其加減速所需要的時(shí)間差不多達(dá)5 s，如果當(dāng)左轉(zhuǎn)車輛數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后，其等候的時(shí)間會(huì)隨之累加，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過相位轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間。筆者就這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)一步利用交通仿真軟件Vissim做過定量分析，當(dāng)每小時(shí)兩個(gè)方向的左轉(zhuǎn)車不足10 veh/h，方法一的小時(shí)平均延誤只比方法二少了3 s左右，隨著左轉(zhuǎn)車的增加方法一的優(yōu)勢(shì)會(huì)越來越小。Prof. Follmann明確指出，只有當(dāng)有軌電車及左轉(zhuǎn)車輛都足夠少時(shí)，方法一才是有可能的，否則方法一無論從安全性和通行能力上來看都是不利的。

(注①方法一和方法二的使用前提是，在不考慮有軌電車時(shí)，左轉(zhuǎn)車流和直行車流確實(shí)可以在同一相位旅行。)

1.2.3 方法三:直行車(車輛+有軌電車)和左轉(zhuǎn)車輛分置相位

這種方法是最簡(jiǎn)單的方法，在中國(guó)目前也很常用。當(dāng)不考慮有軌電車時(shí)，左轉(zhuǎn)車和直行車因?yàn)槌鲇诎踩紤]必須給予兩個(gè)獨(dú)立的相位，很自然，直行的有軌電車和直行車輛放在同一相位方行。而且這種方法在定時(shí)控制下也可以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然這種情況下勢(shì)必有大量時(shí)間花在相位轉(zhuǎn)換之間，見圖4所示。

圖4 直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流相位分配方案三示意圖

1.2.4 方法四:左轉(zhuǎn)車在特殊相位開放

這種方法來源于德國(guó)較為典型和成熟的感應(yīng)控制方法，即有交通需求才開放其相位。當(dāng)左轉(zhuǎn)車輛確實(shí)車流量不大時(shí)，該種方法既能從安全性角度出發(fā)達(dá)到方法三的高度，也能在整個(gè)交叉通行能力上也介于方法一/二和三之間。對(duì)此筆者用仿真軟件做過進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)這種方法的缺陷主要是在于左轉(zhuǎn)車流的通行能力。從仿真模型中發(fā)現(xiàn)，在該方法下左轉(zhuǎn)車延誤最嚴(yán)重，甚至差于方法三，原因也比較好理解，方法三情況下，在相位轉(zhuǎn)換時(shí)到達(dá)的左轉(zhuǎn)車可以馬上在下一相位通行，而在方法四，此時(shí)到達(dá)的左轉(zhuǎn)車在該周期內(nèi)其相位已被錯(cuò)過，必須要等下一個(gè)周期才能被開放，也就是說可能通過相位置換實(shí)現(xiàn)“左轉(zhuǎn)車的優(yōu)先”后，方法四才能滿足左轉(zhuǎn)車的需求，見圖5所示。

圖5 直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流相位分配方案四示意圖

可見，處理直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車輛時(shí)其相位分布極其靈活，根據(jù)安全性和不同交通參與者的通行能力各有利弊，所以關(guān)鍵是要對(duì)交叉口的交通情況做出一個(gè)基本了解和預(yù)判，以便選取最合適的方法。

2 德國(guó)控制方法對(duì)中國(guó)適用性的探討

首先對(duì)德國(guó)信號(hào)控制規(guī)范中提及的轉(zhuǎn)彎有軌電車的相位分布進(jìn)行探討。從德國(guó)實(shí)際工程角度來看，現(xiàn)在很少采用允許信號(hào)燈F5的相位分布方式，因?yàn)殡S著交叉口的交通量增大，這種方法存在一定的交通隱患。而且，從中國(guó)的運(yùn)營(yíng)情況來看，還沒明確有軌電車究竟是道路交通還是軌道交通。從官方來說，有軌電車屬于軌道交通，在交叉口有優(yōu)先權(quán);但從道路交通規(guī)定來說，直行車讓轉(zhuǎn)彎車輛是有違道路交通法的內(nèi)容的。所以從客觀交叉口交通情況和法律背景層面來說這種方法在中國(guó)不適應(yīng)。

那么對(duì)于轉(zhuǎn)彎的有軌電車使用獨(dú)立的專用相位時(shí)，是采用常規(guī)相位，還是采用特殊相位呢?尤其是對(duì)于右轉(zhuǎn)的有軌電車，因?yàn)樵诘缆方煌ㄖ幸话闱闆r下是沒有這個(gè)方向的獨(dú)立的信號(hào)燈組及相位的。在上海對(duì)于轉(zhuǎn)彎的有軌電車采用的是常規(guī)相位，其優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，即使在定時(shí)控制也能完成;但缺點(diǎn)是這個(gè)相位的利用率一般較低，尤其在中國(guó)當(dāng)下有軌電車班次比較稀疏的情況下，往往這個(gè)相位沒有有軌電車出現(xiàn)的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于出現(xiàn)有軌電車的概率，更不用說同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)方向有軌電車的幾率了，并且對(duì)于有軌電車的信號(hào)優(yōu)先是有限制的，因?yàn)樗鳛槌Ｒ?guī)相位總是按照固定的相位順序出現(xiàn)在周期內(nèi)，對(duì)于有軌電車信號(hào)優(yōu)先有利的“相位置換”往往不被考慮。反之，特殊相位，如沈陽渾南地區(qū)的信號(hào)控制方法，其好處是只有當(dāng)有軌電車出現(xiàn)時(shí)才會(huì)開啟該相位，理論上對(duì)社會(huì)交通影響較小，省去不被使用的相位時(shí)間和相位轉(zhuǎn)換時(shí)間，同時(shí)該方法容易和相位置換結(jié)合在一起，使得有軌電車的信號(hào)優(yōu)先進(jìn)一步改善;缺點(diǎn)是必須是感應(yīng)控制而且有軌電車信號(hào)請(qǐng)求必須成功，否則無法開啟特殊相位。同時(shí)對(duì)信號(hào)控制的設(shè)計(jì)者和管理者要求較高，怎樣在周期中插入特殊相位是個(gè)必須思考的問題。

但從沈陽的情況來看，特殊相位的使用并不是很成功，尤其是在主-主相交的“大”交叉口，以富民街-渾南大道這個(gè)交叉口來說，本來就趨于飽和的交叉口在有軌電車特殊相位的影響下雪上加霜。因此德國(guó)達(dá)姆施塔特Rheinstraβe- Neckarstraβe-Kasinostraβe這個(gè)交叉口提供了很好的范例，其插入特殊相位一般有兩個(gè)原則:一者，原則上保持社會(huì)交通各個(gè)車流的相位在周期內(nèi)只出現(xiàn)一次，否則的話，勢(shì)必造成交叉口車流的不平衡，即一個(gè)方向車流延誤特別大，而被二次開放的交叉口車流早就被放行完;二者，為了提高有軌電車信號(hào)優(yōu)先的靈活性，保證每個(gè)非有軌電車相位結(jié)束時(shí)都可以直接開啟有軌電車相位。要同時(shí)滿足這兩個(gè)要求的一個(gè)表征則是:兩個(gè)方向轉(zhuǎn)彎的有軌電車盡可能靈活地和不同方向的車流進(jìn)行組合。從這個(gè)意義上講，上述的第二個(gè)要求其實(shí)質(zhì)也是一種“相位置換”，但和普通相位置換不同的是，在有軌電車的特殊相位中，與其組合的社會(huì)車輛是不同的。

如果這個(gè)條件不能滿足的話，還是建議使用如同上海張江類似的常規(guī)相位模式，盡管常規(guī)相位會(huì)有一定的相位損失并造成社會(huì)車輛的延誤，但只要在信控設(shè)計(jì)過程中確實(shí)是從交通工程學(xué)和實(shí)際交通情況出發(fā)的話，對(duì)社會(huì)車輛影響會(huì)減到最小，因?yàn)槠湎辔辉谥芷趦?nèi)只開放一次。

對(duì)于直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流的相位分布的問題，當(dāng)直行和左轉(zhuǎn)車流可以同時(shí)放行時(shí)，方案二比較優(yōu)越;如果同時(shí)放行有安全隱患的話，方案四對(duì)左轉(zhuǎn)車輛比較少時(shí)相當(dāng)實(shí)用。尤其是方案二的使用，是感應(yīng)信號(hào)控制方法對(duì)有軌電車的一個(gè)針對(duì)性使用，可以說對(duì)中國(guó)當(dāng)代很有借鑒意義，比如對(duì)沈陽渾南有軌電車2號(hào)線在沈本大道到機(jī)場(chǎng)附近的很多交叉口來說。但不難發(fā)現(xiàn)，無論方案二還是方案四都必須依靠感應(yīng)控制，所以這就要求人們即使沒有考慮有軌電車信號(hào)優(yōu)先，也要先做好靈活應(yīng)用感應(yīng)控制。

由此可以得出另一個(gè)推論，在當(dāng)今德國(guó)有軌電車信號(hào)控制的相位設(shè)計(jì)時(shí)，無論對(duì)左轉(zhuǎn)還是直行有軌電車一般都采用獨(dú)立相位，并且多數(shù)以特殊相位形式開啟，其根由就是感應(yīng)信號(hào)控制下的有軌電車開啟能最大限度地減小有軌電車運(yùn)營(yíng)對(duì)交叉口社會(huì)車輛通行能力的影響。所以如何運(yùn)用好感應(yīng)信號(hào)是有軌電車投入以后相位設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

3 建議和總結(jié)

從相位分布的處理方式來看，其靈活性完全根據(jù)實(shí)際交叉口交通流等特性來決定的，從中可以看出有軌電車的信號(hào)控制原理必須結(jié)合實(shí)際交叉口情況來區(qū)別對(duì)待。

同時(shí)，在相位分布處理中就已經(jīng)看出感應(yīng)信號(hào)的重要性，它是信號(hào)控制靈活性的前提，也是將來有軌電車交叉口信號(hào)優(yōu)先的準(zhǔn)備。但是我國(guó)感應(yīng)信號(hào)控制還不是很成熟，因此可以借用以相位分布為契機(jī)，對(duì)感應(yīng)信號(hào)控制的靈活運(yùn)用進(jìn)一步加強(qiáng)。

相位控制和綠燈間隔時(shí)間一樣控制著有軌電車通過交叉口時(shí)的安全和對(duì)整體交叉口通行能力的影響。如何正確處理相位控制，使得有軌電車對(duì)其他交通參與者的影響在較小范圍內(nèi)達(dá)到交通安全的優(yōu)化，是一個(gè)在今后有軌電車發(fā)展中值得反復(fù)探討和探索的問題。

[1] RiLSA 2010 Richtlinien für Lichtsignalanlagen Licht Forschungsgesellschaft für Straβen- und Verkehrswesen (Hrsg) K o¨ln [S].

[2](德)道路與交通工程學(xué)會(huì) 編.李克平譯.德國(guó)交通信號(hào)控制指南——德國(guó)現(xiàn)行規(guī)范(RiLSA)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

U491.5+1

E

1009-7716(2015)11-0040-03

2015-06-08

虞笑晨(1987-)，男，上海人，在讀研究生，從事交通工程與機(jī)場(chǎng)規(guī)劃研究工作。