現(xiàn)代有軌電車路口信號優(yōu)先控制的方案及比選

袁江波

（中國中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，210031，南京∥工程師）

現(xiàn)代有軌電車路口信號優(yōu)先控制的方案及比選

袁江波

（中國中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，210031，南京∥工程師）

現(xiàn)代有軌電車路口信號優(yōu)先方案的選擇與實施直接影響現(xiàn)代有軌電車運營速度及運營效能，是現(xiàn)代有軌電車規(guī)劃和建設(shè)中必須優(yōu)先考慮的。介紹了現(xiàn)代有軌電車的路權(quán)模式，詳細(xì)闡述了現(xiàn)代有軌電車路口信號優(yōu)先控制的各種方案并對方案進(jìn)行了比選。建議結(jié)合路口特點和項目特點選擇合適的路口信號優(yōu)先方案，以實現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車運營效能最優(yōu)化。

現(xiàn)代有軌電車；路權(quán)模式；信號優(yōu)先

Author＇s address CRRC Nanjing puzhen Vehicle Co.，Ltd.，210031，Nanjing，China

2014年，國內(nèi)40多個城市規(guī)劃建設(shè)有軌電車，全國有軌電車的遠(yuǎn)期規(guī)劃線路已將近5 000 km，而在2020年前要建設(shè)的線路就超過2 500 km。在這樣一個有軌電車磅礴發(fā)展的背景下，如何提高有軌電車的運營速度，對提高有軌電車的運營效能、實用性都非常重要，路口信號優(yōu)先方案及實施的好壞正是提高有軌電車運營速度的關(guān)鍵因素之一。

1　現(xiàn)代有軌電車路權(quán)模式

現(xiàn)代有軌電車路權(quán)可分為獨立路權(quán)模式（即全封閉）、優(yōu)先路權(quán)模式（交叉路口開放）和混合路權(quán)模式（全開放）三種。三種路權(quán)模式的有軌電車旅行速度不同：采用獨立路權(quán)模式時的旅行速度可達(dá)30～35 km/h，采用優(yōu)先路權(quán)模式時的旅行速度可達(dá)25～30 km/h，采用混合路權(quán)模式時的旅行速度為20～30 km/h。由于采用獨立路權(quán)模式的有軌電車線路對地面交通的影響較大，會導(dǎo)致地面交通難以組織，故目前國內(nèi)外主流有軌電車均采用優(yōu)先路權(quán)和混合路權(quán)兩種模式。國內(nèi)有軌電車建設(shè)多以優(yōu)先路權(quán)為主。采用優(yōu)先路權(quán)模式的有軌電車線路，其路口信號優(yōu)先方案是影響有軌電車運營速度及效能的關(guān)鍵因素。

2　現(xiàn)代有軌電車路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)

非獨立路權(quán)有軌電車在地面路段與社會車輛共同行駛在道路上，且與其他車道之間存在平面交叉。道路交叉口信號優(yōu)先控制的理念是：在保證不對整個交叉口或干線車輛運行產(chǎn)生嚴(yán)重影響的前提下，減少有軌電車延誤，降低有軌電車行程時間，提高有軌電車的準(zhǔn)點率及運行效率。

2.1路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)的信號采集

有軌電車通過平交道口前，信號機系統(tǒng)先采集有軌電車位置。主要采集方式有檢測器（環(huán)形線圈）、GpS/BD（全球定位系統(tǒng)/北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）定位、射頻信號和短程通信四種。

（1）檢測器（環(huán)形線圈）采集。這是采集路口車輛信號最常用的手段。由于有軌電車行駛速度快，為保證信號采集，檢測器的安裝位置必須距離路口足夠遠(yuǎn)。因此，如果采用該方式，檢測器到路口信號機的線路較長，工程量大，投資也大。

（2）GpS/BD定位系統(tǒng)采集。GpS/BD衛(wèi)星定位系統(tǒng)能全程監(jiān)控每輛有軌電車的位置和速度，能及時準(zhǔn)確地掌握車輛的狀態(tài)，并計算出每輛有軌電車達(dá)到路口和到達(dá)車站的時間。由于有軌電車GpS/BD采集的信息一般集中在控制中心，且控制中心與每一個路口信號機之間的信息傳遞存在障礙。因此，如果采用該方式，不僅需要敷設(shè)光纜，還要給路口信號機安裝解碼器，投資較大。

（3）射頻信號采集。該方式需在有軌電車上安裝車載射頻信號發(fā)射器，并在路口信號機上安裝接收器。當(dāng)有軌電車到達(dá)路口前方80～100 m時，由司機按下車載射頻信號發(fā)射器，將車輛位置信號發(fā)送至信號機，并請求信號機給予優(yōu)先通行信號。

（4）無線短波（無源信標(biāo)）通信。該方式需在有軌電車上安裝短波設(shè)備。當(dāng)有軌電車到達(dá)路口前方80～100 m時，有軌電車上的短波設(shè)備與路邊短波設(shè)備建立通信，請求路口信號機給予優(yōu)先通行信號。

2.2路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)的控制方式

2.2.1就地檢測控制方式

傳統(tǒng)的路口優(yōu)先系統(tǒng)一般采取就地檢測、傳輸、就地控制的方式。無論采取哪種信號采集方式，路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)均由車載設(shè)備、軌旁檢測設(shè)備、傳輸線路、軌旁控制設(shè)備、道路交通信號控制箱等幾個部分組成。由車載設(shè)備和軌旁設(shè)備來確定車輛位置，并將位置信息傳輸給軌旁控制設(shè)備；由軌旁控制設(shè)備給道路交通信號控制箱發(fā)送列車到達(dá)信息，由道路信號控制系統(tǒng)對相應(yīng)的信號優(yōu)先進(jìn)行控制。以無源信標(biāo)控制為例，其路口優(yōu)先控制方式如圖1所示。

圖1　無源信標(biāo)控制的路口優(yōu)先控制方式

當(dāng)有軌電車越過路口處的接近信標(biāo)時，有軌電車車載控制主機將有軌電車的接近信息通過車載無線通信單元發(fā)送到軌旁控制箱；軌旁控制箱通過無源干接點將電車的到達(dá)信息發(fā)送到道路交通信號控制系統(tǒng)；由道路交通信號控制系統(tǒng)對相應(yīng)的信號優(yōu)先進(jìn)行控制和調(diào)度。當(dāng)有軌電車越過離去信標(biāo)時，也以同樣的方式將有軌電車離去信息傳送到道路交通信號控制箱，并由道路交通信號控制系統(tǒng)對道路交通信號進(jìn)行控制。無源信標(biāo)路口優(yōu)先控制方式流程圖如圖2所示。

圖2　無源信標(biāo)路口優(yōu)先控制方式流程圖

2.2.2遠(yuǎn)程集中控制方式

遠(yuǎn)程集中控制方式一般先通過GpS/BD對有軌電車位置、速度、運行方向等信息進(jìn)行采集，再將信息打包傳送給控制中心，由控制中心對各信號機進(jìn)行集中控制。遠(yuǎn)程集中控制方式一般與智能交通系統(tǒng)結(jié)合，本文以南京河西有軌電車1號線為例予以說明。

南京河西1號線有軌電車采用了一種全新的有軌電車路口優(yōu)先控制方式，即將有軌電車路口信號優(yōu)先納入智能交通系統(tǒng)的道路公交信號優(yōu)先系統(tǒng)進(jìn)行實施。主要控制原理為：有軌電車先通過車上的GpS定位系統(tǒng)，收集車輛的位置、行進(jìn)速度、行進(jìn)方向等信息，并進(jìn)行打包，再通過無線專用數(shù)據(jù)通道將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)杰囕v基地控制中心；控制中心對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過光纜將數(shù)據(jù)傳輸至交管中心路口信號管控平臺，交管中心根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)及有軌電車沿線當(dāng)時的交通狀況制定最優(yōu)的行車策略，并下發(fā)至相關(guān)道路交通信號控制箱，對路口信號燈進(jìn)行控制（采取延長、提前、增加或跳躍相位實時調(diào)整交叉口信號控制方案），從而實現(xiàn)有軌電車的優(yōu)先通行。遠(yuǎn)程集中控制的路口優(yōu)先系統(tǒng)如圖3所示：

2.3路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)的控制模式

現(xiàn)代有軌電車規(guī)劃的定位不同，相應(yīng)的速度要求也不同。根據(jù)不同的速度要求，有軌電車路口信號優(yōu)先控制模式主要分為絕對優(yōu)先、相對優(yōu)先、常規(guī)信號行駛。

圖3　遠(yuǎn)程集中控制的路口優(yōu)先系統(tǒng)

（1）絕對優(yōu)先。檢測到有軌電車到達(dá)平交道口時，強行插入信號，給予有軌電車綠燈，以保證有軌電車優(yōu)先通過平交道口。這種路口信號優(yōu)先控制方式對路面交通影響較大，很少全線采用，一般僅在郊區(qū)或支路、小路口使用。

（2）相對優(yōu)先。通過采取一定的信號控制方案，使交通信號優(yōu)先系統(tǒng)不僅能保證有軌電車通過平交路口的需求，而且還能保證路口其他交通的正常秩序。相對優(yōu)先能避免因信號、設(shè)施、渠化等因素制約而造成的交叉口通行能力大幅下降，以及對交通安全造成的影響。相對優(yōu)先能在可接受范圍內(nèi)給予有軌電車盡可能的信號優(yōu)先，可減少有軌電車在交叉路口的停車次數(shù)及等待時間，提高有軌電車一次性通過路口的比例。

（3）常規(guī)信號行駛。有軌電車通過平交道口時按照路面常規(guī)交通車輛行駛規(guī)則行駛。

2.4平交路口信號燈控制方案

為了提高有軌電車運營效能，同時保證不對路面其他交通造成較大影響，在平交路口有軌電車往往會采取絕對優(yōu)先、相對優(yōu)先及常規(guī)信號行駛相結(jié)合的模式。即依據(jù)相交路口等級，對各平交路口采取不同的信號燈控制方案。

2.4.1與主干道相交路口

在有軌電車與主干道相交路口，由于相交道路等級高，且車流量也較高，為避免對平交道口通行能力及秩序造成較大影響，故一般采取常規(guī)信號控制手段。有軌電車前進(jìn)方向相位配時需滿足有軌電車通過需求。即算出有軌電車在路口停車等待位置起步直至有軌電車尾部通過路口所需時間，保證在有軌電車前進(jìn)方向上單個相位綠燈時間不小于所算出時間。

2.4.2與次干道相交路口

在有軌電車與次干道相交路口，應(yīng)在保證主干道有軌電車順暢通行的同時，盡量減少對次干道的交通延誤。一般采用有條件信號優(yōu)先的相對優(yōu)先控制手段。

如檢測到有軌電車到達(dá)恰在主干道綠燈時間即將結(jié)束時，則采取延長綠燈相位時間的辦法保證有軌電車優(yōu)先通過，但最大延長時間不宜超過正常綠燈時間的1.5倍。如延長時間過長，則即使檢測到有軌電車到達(dá)，也將相位轉(zhuǎn)換為次干道綠燈。此時次干道綠燈時間為最小綠燈時間。最小綠燈時間根據(jù)路口實際通行情況制定。

如檢測到有軌電車到達(dá)恰為主干道紅燈時，則檢測次干道綠燈剩余時間。如大于次干道最小綠燈時間，則轉(zhuǎn)換至次干道最小綠燈時間，如小于，則保持正常讀秒。

具體的信號燈控制邏輯如圖4所示。

圖4　與次干道相交路口信號燈控制邏輯

2.4.3與支路、小路相交路口

由于相交支路、小路的道路等級低，車流量小，且流量波動性較大，一般采用絕對優(yōu)先控制手段。

在有軌電車線路與支路或小路相交的平交路口，應(yīng)對有軌電車所在的主干道保持優(yōu)先通行的綠燈信號，對支路、小路保持紅燈狀態(tài)。當(dāng)檢測到支路、小路有社會車輛通過時，先檢測主干道是否有有軌電車即將到達(dá)，如無有軌電車，則支路、小路轉(zhuǎn)換綠燈；如主干道有有軌電車到達(dá)，則再檢測支路、小路是否有后續(xù)車輛到達(dá)；如有后續(xù)車輛，則支路、小路轉(zhuǎn)換綠燈；如無后續(xù)車輛，則保持主干道綠燈，待有軌電車通過后，再將支路、小路轉(zhuǎn)換為綠燈。相應(yīng)信號燈控制邏輯如圖5所示。

圖5　支路、小路口信號燈控制邏輯

2.4.4人行橫道信號控制方案

由于人行通道等級最低，且人流量波動性較大，故人行道信號燈控制需采取優(yōu)先決定。

在有軌電車與人行橫道相交的平交路口，持續(xù)對有軌電車通過方向保持綠燈信號，對人行橫道設(shè)置行人通過按鈕，當(dāng)行人需要通過道口時主動按下按鈕。信號系統(tǒng)會立即檢測有軌電車是否即將到達(dá)，如無，則給予人行橫道綠燈信號；如有，則在有軌電車通過后給予綠燈信號。其信號燈控制邏輯如圖6所示。

圖6　人行橫道信號燈控制邏輯

2.5典型平交道口信號優(yōu)先設(shè)置

2.5.1路中直行時的信號優(yōu)先設(shè)置

路中直行指有軌電車線路敷設(shè)在市政道路中央，且有軌電車通過時，在路口與社會車輛共用市政道路直行綠燈相位。綠燈通行時間不小于有軌電車正常速度通過路口所需要的時間。有軌電車通行時上、下行社會車輛禁止左轉(zhuǎn)。

2.5.2路側(cè)直行時的信號優(yōu)先設(shè)置

路側(cè)直行指有軌電車線路敷設(shè)在市政道路兩側(cè)或一側(cè)，且有軌電車通過時，在路口共用市政道路直行綠燈相位。通行時長按不小于有軌電車正常速度通過路口時間需要，根據(jù)有軌電車敷設(shè)于道路左右側(cè)不同，社會車輛相位禁止不同。

（1）如有軌電車在道路左側(cè)，則當(dāng)有軌電車通行時上行社會車輛禁止右轉(zhuǎn)、下行車輛禁止左轉(zhuǎn)。

（2）如有軌電車在道路右側(cè)，則當(dāng)有軌電車通行時社會車輛上行禁止左轉(zhuǎn)、下行車輛禁止右轉(zhuǎn)。

（3）如有軌電車在道路兩側(cè)，則當(dāng)上行有軌電車車通過時上行社會車輛禁止右轉(zhuǎn)、下行車輛禁止左轉(zhuǎn)；當(dāng)下行有軌電車通過時，則上行社會車輛禁止左轉(zhuǎn)、下行車輛禁止右轉(zhuǎn)。

2.5.3路中轉(zhuǎn)路側(cè)或路側(cè)轉(zhuǎn)路中時的信號優(yōu)先設(shè)置

路中轉(zhuǎn)路側(cè)或路側(cè)轉(zhuǎn)路中，即有軌電車線路在市政道路路中與路側(cè)之間轉(zhuǎn)換。有軌電車通過轉(zhuǎn)換路口時，路口須設(shè)置有軌電車專用相位，當(dāng)有軌電車到達(dá)路口時激活插入相位，待有軌電車通過后恢復(fù)正常相位序列。

3　現(xiàn)代有軌電車路口信號優(yōu)先方案的比選

有軌電車線路設(shè)計方案選取的原則如下：

（1）路權(quán)模式選擇。路權(quán)模式選擇需結(jié)合項目規(guī)劃，選擇合適的路權(quán)模式。同一線路也可依據(jù)線路情況對不同路段采取不同的路權(quán)模式。根據(jù)國外有軌電車項目經(jīng)驗，一般在人員密集的市中心區(qū)域采用混合路權(quán)，在郊區(qū)采用獨立路權(quán)或優(yōu)先路權(quán)模式，以確保有軌電車的平均旅行速度。

（2）路口信號采集方案選擇。各方案均有缺點。檢測器（環(huán)形線圈）、GpS/BD定位采集方案工程實施困難，投資費用高。射頻信號采集方案屬于被動采集，對司機要求較高，如司機不按按鈕，路口信號機就收不到信號，不予以優(yōu)先放行；如司機按鈕按過早，則路口信號機不反應(yīng)；按遲了，路口信號機來不及調(diào)整相位。無線短波通信方案實現(xiàn)相對比較簡單。故建議在沒有特殊要求的情況下采用無線短波通信的方式，即無源信標(biāo)方式。

（3）路口優(yōu)先控制方式選取。遠(yuǎn)程集中控制一般要通過GpS/BD采集有軌電車位置、速度等信息。由于GpS/BD采集數(shù)據(jù)傳輸時存在一定的誤差和延時，甚至丟失，容易導(dǎo)致信號燈的誤動作；且集中控制方式需將所有有軌電車經(jīng)過的路口的信號燈控制箱聯(lián)網(wǎng)，費用較大。所以，在原本無智能交通實施計劃或智能交通實施滯后于有軌電車建設(shè)區(qū)域，不建議采用集中控制方式。

（4）線性選取。由于有軌電車在路中路側(cè)轉(zhuǎn)換時，需要單獨設(shè)置有軌電車通過相位，對平交道口交通組織影響較大，所以在有軌電車線性選取方面盡量少設(shè)置路中路側(cè)轉(zhuǎn)換，宜采取單獨的路側(cè)布置或單獨路中布置。

4　結(jié)語

現(xiàn)代有軌電車路口信號優(yōu)先方案的選擇，直接關(guān)系到有軌電車運營速度及運營效能。因而，在有軌電車規(guī)劃建設(shè)階段，必須結(jié)合項目特點選擇合適的路口信號優(yōu)先方案，并與有軌電車項目建設(shè)同步實施，同步投入使用；在調(diào)試階段，對各路口進(jìn)行逐一調(diào)試，為各路口選擇最優(yōu)配時方案，以實現(xiàn)有軌電車運營效能的最優(yōu)化。

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Alternative Options of Modern Tram Traffic Signal Priority Control

Yuan Jiangbo

The selection and implementation of signal priority mode for modern tram is directly related to the running speed and operational efficiency of modern tram lines，and should be firstly considered in planning and construction. In the paper，the right-of-way mode of modern tram is introduced，alternative options of modern tram traffic signal priority control are described.In the selection of signal priority mode for modern tram，the characters of intersections and projects shall be first considered，so as to realize the optimal operation of modern tram.

modern tram；right-of-way mode；signal priority mode

U 491.2+32∶U 482.1

10.16037/j.1007-869x.2016.03.011

（2014-12-30）