基于VISVAP的有軌電車信號優(yōu)先控制仿真

王艷榮，杲曉鋒，張建華，陳光

（1. 中車唐山機車車輛有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000；2. 華北理工大學(xué)，河北 唐山 063000）

基于VISVAP的有軌電車信號優(yōu)先控制仿真

王艷榮1，杲曉鋒1，張建華1，陳光2

（1. 中車唐山機車車輛有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000；2. 華北理工大學(xué)，河北 唐山 063000）

為避免有軌電車通過交叉口時對其他交通方式產(chǎn)生干擾，可采用有軌電車優(yōu)先信號控制的方法。以VISSIM仿真系統(tǒng)中的VISVAP模塊作為仿真信號控制工具，在交叉口對未運行有軌電車、運行有軌電車和設(shè)置有軌電車信號優(yōu)先的3種狀態(tài)進行仿真，并以延誤作為主要參數(shù)來評價有軌電車信號優(yōu)先控制對交叉口運行產(chǎn)生的影響。仿真結(jié)果表明，用VISVAP模塊對有軌電車進行優(yōu)先信號控制仿真較為可靠，能為有軌電車線路規(guī)劃及項目實施的可行性分析提供技術(shù)支持。

有軌電車；VISVAP；信號優(yōu)先控制；仿真

0 引言

優(yōu)先發(fā)展城市公共交通已經(jīng)成為我國乃至世界范圍內(nèi)各城市交通發(fā)展的核心內(nèi)容。在此背景下，許多交通決策者將大方美觀、舒適環(huán)保、運營成本低廉的有軌電車系統(tǒng)作為城市公交系統(tǒng)的重要組成部分。國外一些城市已擁有發(fā)達的現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)。法國巴黎、里昂、南錫，德國的慕尼黑、維爾茨堡，美國的波特蘭等城市都已經(jīng)成功開通有軌電車線路。在我國，大連、長春對原有有軌電車線路進行了現(xiàn)代化改造。2007年，我國首條現(xiàn)代有軌電車線路在天津濱海新區(qū)開通運營；2009年，上海浦東新區(qū)張江現(xiàn)代有軌電車開通運營；2013年8月，遼寧渾南有軌電車開通運營。另外，沈陽、南京、蘇州等地已開工建設(shè)有軌電車項目，上海、北京、廣州、重慶、天水等地均在開展建設(shè)有軌電車項目的前期研究。由此可見，建設(shè)現(xiàn)代有軌電車已經(jīng)成為國內(nèi)外多個城市公交發(fā)展的重要內(nèi)容之一[1]。

1 有軌電車信號優(yōu)先控制

有軌電車作為一種地面快速公交，在行駛過程中與其他交通流混行，雖然有專用的軌道及路權(quán)，但也會受到交通信號以及其他交通流的干擾。為提高有軌電車的運行效率，發(fā)揮其高運量的特點，可為其設(shè)置交通信號優(yōu)先控制系統(tǒng)[2]。

有軌電車信號優(yōu)先控制的基本思想：預(yù)先設(shè)定一個判定范圍，當(dāng)有軌電車進入此范圍時，車載計算設(shè)備根據(jù)車輛的位置、車速及交叉口位置等信息對有軌電車預(yù)計的到達時刻進行計算，并將“優(yōu)先請求信號”發(fā)送至路邊設(shè)備，而后有路邊控制設(shè)備的計算系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)時的車流運行狀態(tài)進行相位配時，為有軌電車提供優(yōu)先通行的交通信號[3]。

為研究有軌電車實施交通信號優(yōu)先控制對其他交通方式造成的影響，可用VISSIM軟件中的VISVAP模塊進行信號控制仿真。VISVAP軟件是VISSIM交通仿真軟件的一個重要組成模塊，能夠?qū)徊婵谶\行仿真過程中的部分交通流進行優(yōu)先信號控制。

2 信號優(yōu)先控制仿真應(yīng)用

2.1 項目概況

根據(jù)《唐山市綜合交通體系規(guī)劃》《唐山市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》要求，擬在中心城市規(guī)劃有軌電車線路，起點為南湖站，終點為豐潤廠前路，途經(jīng)唐山站、鳳凰新城、北郊樞紐、豐潤汽車站、北方購物廣場等交通樞紐，串聯(lián)唐山主城區(qū)和豐潤城區(qū)，全長約37.3 km （見圖1）。在此，對規(guī)劃線路中的友誼路與興源道交叉口進行有軌電車信號優(yōu)先控制研究。

圖1 唐山市有軌電車規(guī)劃線路

2.2 友誼路與興源道交叉口情況

友誼路與興源道交叉口現(xiàn)狀為“十”字形平面交叉口，相交道路為城市主干道和次干道，興源道為唐山市鳳凰新城南部的次干道，附近有德源里、天元花園等大型居住小區(qū)，機動車、行人流量較高。

友誼路沿線紅線寬度為50 m，有較寬的中央隔離帶，所以考慮將有軌電車線路設(shè)置在道路中央，站點設(shè)置在交叉口的人行橫道附近，乘客換乘時可由人行橫道進入車站。

在友誼路與興源道交叉口中友誼路北側(cè)為雙向8車道，南側(cè)為雙向8車道，雙側(cè)機動車與非機動車用分隔線進行隔離。改造方案考慮重新進行標線改造，將南北方向路段改成進口方向8車道，出口方向6車道，有軌電車線路設(shè)置在道路中央，線路處寬度為7.80 m，車站處寬度為11.05 m。道路原狀和改造方案見圖2。

圖2 友誼路與興源道交叉口現(xiàn)狀及改造后道路標線

2.3 VISVAP信號優(yōu)先控制下的交叉口仿真

按照規(guī)劃線路方案，結(jié)合交叉口實際情況，依改造方案在交叉口南北方向設(shè)置有軌電車軌道，軌道設(shè)置在道路中央，乘客通過人行橫道以及信號配時的控制向各方向疏散。應(yīng)用VISSIM軟件對該交叉口的現(xiàn)狀和運行有軌電車后狀況進行仿真。

在仿真過程中，依次對交叉口的3種控制方式進行仿真，以對比運用有軌電車優(yōu)先控制方式的控制效果。這3種控制方式分別是交叉口現(xiàn)狀控制方式、交叉口運行有軌電車但不調(diào)整信號配時及應(yīng)用有軌電車信號優(yōu)先控制（基于VISVAP）。

在對該交叉口現(xiàn)狀進行仿真時，首先進行交叉口流量調(diào)查（以早高峰為例）（見表1）及信號配時調(diào)查（見圖3）。

表1 友誼路與興源道交叉口流量 輛/h

圖3 友誼路與興源道交叉口現(xiàn)狀信號配時方案

在仿真過程中，需對底圖進行配準，建立路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，設(shè)置公交線路并設(shè)置信號相位及信號機。仿真結(jié)果的主要參數(shù)為交叉口進口道延誤及車輛排隊長度。具體仿真內(nèi)容如下：

對交叉口運行有軌電車但不調(diào)整信號配時的情況進行仿真，將友誼路南北方向的雙向8車道改為進口道方向4車道、出口方向3車道，并且對車道寬度進行調(diào)整，有軌電車軌道采用中央式布置，不對信號配時情況進行調(diào)整。

對有軌電車信號優(yōu)先控制進行仿真時，將VISVAP信號控制模塊設(shè)置在VISSIM仿真過程中。具體方法是將感應(yīng)器設(shè)置在南北進口道距停車線150 m處，當(dāng)無有軌電車經(jīng)過時，保持現(xiàn)狀的信號配時；當(dāng)有軌電車經(jīng)過時，東西方向信號為紅燈時保持原狀，為綠燈時立即變?yōu)辄S燈并在3 s后變?yōu)榧t燈，之后南北方向（有軌電車通行方向）變?yōu)榫G燈。在有軌電車通過交叉口之后，信號配時恢復(fù)原狀。VISVAP信號控制邏輯（節(jié)選）見圖4，仿真效果見圖5。由圖5可以看出，當(dāng)南進口方向有有軌電車駛?cè)氩⑦M入感應(yīng)區(qū)后，東西方向信號變?yōu)辄S燈進而變?yōu)榧t燈，東西方向交通流停止運行，南北方向變?yōu)榫G燈。

圖4 VISVAP信號控制邏輯（節(jié)選）

圖5 友誼路與興源道交叉口運行有軌電車仿真效果圖（基于VISVAP控制）

表2 3種控制方式的仿真結(jié)果 s

將交叉口3種運行狀態(tài)仿真結(jié)果的平均延誤進行整理（見表2）。根據(jù)表2數(shù)據(jù)得到延誤對比圖（見圖6）。圖6橫坐標為各進口道標號（進口道標號所代表的進口道位置見表2，如“興-友東左”表示興源道與友誼路交叉口東進口左轉(zhuǎn)車道組）。

圖6 3種控制方式仿真結(jié)果數(shù)據(jù)對比

從圖6可以看出，無優(yōu)先信號的運行方案延誤最大，交叉口現(xiàn)狀延誤與擁有優(yōu)先信號的運行方案延誤基本相同，處于較低水平，說明采用有軌電車信號優(yōu)先控制時，不會對交叉口造成很大影響。

通過對規(guī)劃線路沿線的主要交叉口現(xiàn)狀和運行有軌電車后的狀況進行仿真和數(shù)據(jù)對比可知，通過合理道路改造，以及相應(yīng)的信號配時控制，有軌電車運行對沿線交叉口運行狀況帶來的影響較小。在部分交叉口采取隔離帶改造和有軌電車優(yōu)先信號權(quán)控制，還可以降低部分進口道延誤，提高交叉口運行效率。

2.4 存在的不足

在本研究中，只在現(xiàn)有的交叉口流量基礎(chǔ)上加入了有軌電車，未考慮運行有軌電車導(dǎo)致的公交客流以及其他交通方式的流量變化。在該道路上運行有軌電車后，由于有軌電車會分擔(dān)部分客流，會改變其他交通方式的交通分擔(dān)率，導(dǎo)致私家車出行客流、公交車出行客流有所下降，而私家車客流下降后，在有軌電車運行方向的交通流延誤會進一步降低，不會對仿真結(jié)論造成影響。

3 結(jié)束語

目前，隨著我國城市機動車保有量的不斷增加，許多城市出現(xiàn)了交通擁堵現(xiàn)象，大力發(fā)展公共交通，并倡導(dǎo)公交優(yōu)先成為了改善交通運行狀況的重要手段之一[4]。多個城市已經(jīng)開設(shè)或正在籌劃開設(shè)有軌電車線路，在部分交叉口實行有軌電車優(yōu)先信號控制，不僅可以提高有軌電車的運行效率，甚至能改善交叉口的運行狀態(tài)。VISSIM仿真系統(tǒng)中的VISVAP模塊能很好地對有軌電車優(yōu)先信號控制效果進行仿真，其仿真結(jié)果能為決策者提供技術(shù)支持。

[1] 蓋春英. VISSIM微觀仿真系統(tǒng)及在道路交通中的應(yīng)用[J]. 公路，2010(8)：118-121.

[2] 趙正平，于天澤，于佳亮. 現(xiàn)代有軌電車信號與行車管理技術(shù)探討[J]. 中國鐵路，2013(8)：79-83.

[3] 鄒智軍，楊東援. 道路交通仿真研究綜述[J]. 交通運輸工程學(xué)報，2001，1(2)：88-91.

[4] 朱慶，林暉. 數(shù)碼城市地理信息系統(tǒng)：虛擬城市環(huán)境中的三維城市模型初探[M]. 武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.

責(zé)任編輯 盧敏

Priority Control Simulation of Tram Signal Based on VISVAP

WANG Yanrong1，GAO Xiaofeng1，ZHANG Jianhua1，CHEN Guang2
（1. CRRC Tangshan Co Ltd，Tangshan Hebei 063000，China；2. North China University of Science and Technology，Tangshan Hebei 063000，China）

In order to avoid obstruction of other modes of transport when the tram passes through the intersection, the method of priority control of tram signal can be adopted. The VISVAP module in VISSIM simulation system is used as the simulation signal control tool to simulate the three states of the tram not operating at the intersection, the tram operating at the intersection, and the tram under signal priority respectively. Delay is then taken as the main parameter to evaluate inf uence of priority control of tram signal on the operation of the intersection. The simulation results show that it is reliable to use the VISVAP module for the priority control of tram signal, and the simulation can be a source of reference for technical support for tram route planning and the feasibility analysis of implementation of tram project.

tram；VISVAP；signal priority control；simulation

U482.1；TP319

A

1001-683X（2017）01-0078-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.01.078

2016-06-11

王艷榮（1987—），女，助理工程師，碩士。E-mail：2177414@qq.com