現(xiàn)代有軌電車平交路口信號優(yōu)先需求分析及蘇州有軌電車實踐方案

張繼光

（蘇州高新有軌電車有限公司，215011，蘇州//工程師）

現(xiàn)代有軌電車平交路口信號優(yōu)先需求分析及蘇州有軌電車實踐方案

張繼光

（蘇州高新有軌電車有限公司，215011，蘇州//工程師）

現(xiàn)代有軌電車線路多沿地面敷設(shè)，與道路平面交叉。為提高有軌電車通行效率，應(yīng)在平交路口給予有軌電車優(yōu)先通行權(quán)。結(jié)合蘇州高新區(qū)有軌電車1號線的實際情況，分析并比較了有軌電車平交路口信號優(yōu)先控制方案。詳細(xì)描述了實時交互式方案的設(shè)計。實時交互式方案的靈活性、適用性好、安全性高，其控制策略易調(diào)整，便于管理，能較好地滿足相關(guān)需求。

現(xiàn)代有軌電車；平交路口；信號優(yōu)先；控制方案

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較迅速的二、三線城市，地鐵的建設(shè)受限于城市的規(guī)模及建設(shè)資金，無法在短期內(nèi)實施?，F(xiàn)代有軌電車作為介于地鐵與快速道路公交之間的公共交通，可以通過合理的線位設(shè)計，作為中型城市的骨干公共交通，以解決人們的出行問題，有效降低道路的交通壓力。有軌電車的建設(shè)周期短，資金投入少，更適合中小城市，故近年來在我國許多城市陸續(xù)開工建設(shè)。

與傳統(tǒng)地鐵不同，有軌電車線路在與社會道路的平交路口，與普通社會車輛共享路權(quán)。為保證有軌電車安全、高效通過平交路口，必須對有軌電車通行的平交路口信號系統(tǒng)進(jìn)行特殊的設(shè)計。

1 基本功能需求分析

安全和效率是一切生產(chǎn)活動追求的目標(biāo)，這對有軌電車來講也不例外。平交路口信號系統(tǒng)的整體設(shè)計也要先從這兩個方面入手。

首先，從安全方面來講，有軌電車雖為特殊車輛，但也參與路口交通，其安全需求與普通社會機(jī)動車輛、非機(jī)動車輛和行人是一致的。只有路口交通參與者都服從路口信號的“統(tǒng)一協(xié)調(diào)”，才能保證路口交通安全。這是路口信號系統(tǒng)設(shè)計的基本原則。但是，因為有軌電車車輛具有其殊性，其車體較重、制動減速度小、制動距離長、車輛長度較長，所以不宜與其他普通交通參與者采取完全相同的信號控制方案。本文以蘇州高新區(qū)有軌電車1號線車輛為例進(jìn)行分析。該車輛基本技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 蘇州高新區(qū)有軌電車1號線車輛基本技術(shù)參數(shù)

其次，從效率方面來講，有軌電車由于與社會道路平面交叉，故其平均旅行速度相對較低（國內(nèi)全封閉地鐵線路平均旅行速度約為30～40 km/h，現(xiàn)代有軌電車平均旅行速度約為20～30 km/h）。在保證路口通行安全的前提下，應(yīng)盡量給予有軌電車優(yōu)先通行權(quán)，使其通過路口時不停車或減少等待時間，從而提高有軌電車平均旅行速度。

再次，有軌電車平交路口信號系統(tǒng)的整體設(shè)計還要考慮對其他路口交通參與者的影響。有軌電車發(fā)車密度較大時，對路口交通影響較大。如果把有軌電車當(dāng)作路口交通的唯一核心，片面追求有軌電車的效率，勢必對路口的整體通行效率造成較大制約。

最后，有軌電車平交路口信號系統(tǒng)設(shè)計還需考慮設(shè)備本身的管理分界問題。眾所周知，普通交通路口交通信號控制設(shè)備（Traffic Signal Controller，TSC）的管理方為交警部門，而有軌電車專用路口信號控制設(shè)備（Tram Road Junction Controller，TRJC）的管理方一般為有軌電車的運(yùn)營單位。雖然有軌電車平交路口的信號系統(tǒng)要把交通信號機(jī)和路口控制器整合在一起，但為了清晰管理分解，還是需要在設(shè)計階段盡可能劃清設(shè)備分界點。

2 信號控制方案分析

通過對歐洲現(xiàn)代有軌電車的路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，歐洲的道路交通信號智能化程度較高（多為區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、自適應(yīng)型智能控制）。而歐洲有軌電車的平交路口大多相位較少（多為兩相位），相應(yīng)的計算場景簡單、計算量小，利于對有軌電車的優(yōu)先控制。所以，歐洲的現(xiàn)代有軌電車基本實現(xiàn)了絕對信號優(yōu)先策略。我國有軌電車的平交路口大多為多相位路口。多相位的路口若要實現(xiàn)絕對信號優(yōu)先策略，就要打破既有的路口交通信號放行順序，對“左轉(zhuǎn)待行”等傳統(tǒng)的路口交通組織設(shè)計也有影響，可能會降低路口整體的交通效率。所以，絕對信號優(yōu)先方案并不適應(yīng)我國大多數(shù)城市的交通現(xiàn)狀。

2.1 方案一

信號控制方案一為廣為人知的“綠波”方案。該方案是指在指定的交通線路上，當(dāng)規(guī)定好路段的車速后，要求交通信號機(jī)根據(jù)路段距離，對目標(biāo)車流所經(jīng)過的各路口綠燈起始時間做相應(yīng)的調(diào)整，以確保該車流到達(dá)每個路口時，正好遇到綠燈。“綠波”比較適用于城市干線道路的單向交通控制，尤其適用于“潮汐交通”較為明顯的道路。雙向的“綠波”控制方案需要綜合考慮多種因素，適用條件較為苛刻，且在我國實際使用中一直沒有取得很好的效果，故目前應(yīng)用范圍不大。

從某種程度上來講，雙線線路的有軌電車對路口信號控制的需求，類似于雙向的“綠波”方案控制需求。但也存在不少差異：有軌電車的線位不一定均為城市干線道路；有軌電車一般按照等間隔發(fā)車運(yùn)營方式，不存在“潮汐交通”現(xiàn)象；有軌電車要在各個車站進(jìn)行上下客作業(yè)，且時間并不完全可控。所以有軌電車無法和普通社會車輛一樣按照“綠波”方案規(guī)定的路段車速行駛。此外，由于“綠波”控制方案對于車流有一定的“整理”作用（即使車流按照信號周期進(jìn)行分割），故此方案應(yīng)用于有軌電車線路，會導(dǎo)致列車運(yùn)行間隔不可控。而且，按照“綠波”方案進(jìn)行控制，信號周期、相位差等參數(shù)的調(diào)整都會直接對電車運(yùn)營造成較大影響，使后期管理協(xié)調(diào)工作量較大。這有悖于減少管理交叉的目標(biāo)。

2.2 方案二

信號控制方案二是實時交互式方案。如果說“綠波”方案是靜態(tài)的，實時交互式方案就是動態(tài)的。簡而言之，方案二將有軌電車作為一種特殊車輛，其每次通過路口都給予特殊的信號處理。每當(dāng)有軌電車通過路口時，都與路口信號控制系統(tǒng)建立通信，并請求優(yōu)先；當(dāng)車體全部出清路口后再中斷通信。

此方案的優(yōu)點為：①靈活性、適用性較好，不會因交通信號機(jī)常用參數(shù)的修改而影響電車的運(yùn)營；②控制策略易于調(diào)整，如采用相對優(yōu)先策略，則可減小對路口交通的影響，使得電車自然融入整體路面交通；③由于信號控制系統(tǒng)與有軌電車建立了通信，可確保有軌電車完全出清路口后再轉(zhuǎn)換交通信號相位，保證了有軌電車在路口區(qū)域內(nèi)的安全；④可根據(jù)功能要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，可做到設(shè)備相對獨(dú)立，便于劃分有軌電車運(yùn)營單位與道路交通管理單位的管理界面。

由上述分析可以看出，實時交互式的路口信號優(yōu)先方案較好地響應(yīng)了有軌電車優(yōu)先控制的功能需求，故較為適用。

3 交互式路口信號優(yōu)先控制方案的設(shè)計及實踐

3.1 交互式路口優(yōu)先控制方案的設(shè)計

方案設(shè)計包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、接口設(shè)計、設(shè)備布置設(shè)計等。

3.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

采用交互式路口信號優(yōu)先方案的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。每個平交路口均應(yīng)配置檢測設(shè)備、接口設(shè)備、控制設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

3.1.2 接口設(shè)計

圖1 交互式路口信號優(yōu)先方案系統(tǒng)架構(gòu)

為使設(shè)備相對獨(dú)立、界面清晰，且使控制與被控制關(guān)系明確，故在每個有軌電車平交路口均設(shè)置TSC和TRJC。TRJC與TSC通過硬線直接連接來進(jìn)行通信。TRJC將有軌電車接近、進(jìn)入、占用和離開路口的狀態(tài)信息傳送給TSC，再由TSC做出相應(yīng)的信號處理，從而實現(xiàn)信號優(yōu)先。同時，TRJC與TSC均將路口狀態(tài)和控制信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳至各自的控制中心。

有軌電車的檢測環(huán)線和專用信號燈均接入TRJC。因此，可將TRJC作為執(zhí)行和采集設(shè)備，而邏輯控制仍由TSC負(fù)責(zé)。TRJC與TSC的連接硬線只傳輸電平開關(guān)信號。由于涉及安全，應(yīng)采用繼電器電路，利用繼電器的電氣隔離特性來實現(xiàn)接口安全。根據(jù)功能要求，TRJC應(yīng)向TSC傳輸有軌電車的預(yù)告、接近、路口占用和出清信號（且應(yīng)區(qū)分方向），以及車輛健康狀態(tài)信號等；TSC應(yīng)向TRJC傳輸允許有軌電車前行或禁止通過信號（且應(yīng)區(qū)分方向），以及車輛健康狀態(tài)信號等。

每一列有軌電車都可能有兩個或以上的運(yùn)行方向，而不同的運(yùn)行方向意味著交通信號相位的不同。因此，當(dāng)多條有軌電車線路在路口交叉時，路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)必須要獲知每列有軌電車的運(yùn)行方向。這種復(fù)雜情況的信息量巨大，故信號控制系統(tǒng)需具有大量硬線接口，或者應(yīng)引入數(shù)據(jù)通信型接口。

當(dāng)TRJC向TSC提出有軌電車信號優(yōu)先的請求后，TSC會對請求信息進(jìn)行處理、判斷，根據(jù)實際情況，盡量滿足有軌電車不停車通過。為減少對其他車輛的影響，信號優(yōu)先控制系統(tǒng)宜采用“紅燈縮短、綠燈延長”的策略。在電車“接近預(yù)告”時，TSC對有軌電車預(yù)計到達(dá)路口的時間進(jìn)行計算，并在有軌電車“接近路口”時將執(zhí)行指令，通過接口電路輸出給TRJC。TRJC根據(jù)執(zhí)行指令顯示有軌電車信號燈。

3.2 設(shè)備布置設(shè)計及實踐

（1）設(shè)備維護(hù)管理：按照設(shè)計方案，TSC由交警部門負(fù)責(zé)維護(hù)管理，TRJC由有軌電車運(yùn)營管理單位負(fù)責(zé)維護(hù)管理。二者管理界面清晰，各負(fù)其責(zé)。

（2）設(shè)備選型：蘇州高新區(qū)有軌電車1號線路口電車專用信號燈采用“藍(lán)色”“白色”LED（發(fā)光二極管）信號燈。有軌電車檢測設(shè)備采用金屬感應(yīng)環(huán)線（見圖2）。經(jīng)過使用驗證，信號燈與金屬感應(yīng)環(huán)線性能穩(wěn)定，故障率低。

圖2 金屬感應(yīng)環(huán)線

（3）設(shè)備布置設(shè)計：有軌電車“進(jìn)入路口”和“離開路口”的檢測環(huán)線一般布置在停車線就近位置即可。有軌電車“接近路口”檢測環(huán)線的位置設(shè)置是設(shè)計的關(guān)鍵。該檢測環(huán)線距離路口的遠(yuǎn)近直接決定了路口信號優(yōu)先控制系統(tǒng)為有軌電車處理優(yōu)先通行的用時。從直觀上評判，此用時越長，對有軌電車的優(yōu)先控制就越有利。但如果“接近路口”檢測環(huán)線設(shè)置得距路口過遠(yuǎn)，有軌電車會在此段因司機(jī)駕駛習(xí)慣的不同而導(dǎo)致運(yùn)行時間相差較多。這非常不利于優(yōu)先控制的參數(shù)設(shè)置。為解決這個矛盾，蘇州高新區(qū)有軌電車1號線不僅保留“接近路口”檢測環(huán)線，還設(shè)計了“接近預(yù)告”環(huán)線。根據(jù)有軌電車的運(yùn)行速度數(shù)據(jù)，“接近路口”環(huán)線設(shè)置在距離路口停車線約150 m處。為盡可能延長控制系統(tǒng)對有軌電車優(yōu)先通行的處理時間，“接近預(yù)告”環(huán)線設(shè)置較遠(yuǎn)。根據(jù)經(jīng)驗，推薦設(shè)置在距離路口400～500 m處（如具備條件，建議此環(huán)線采用虛擬環(huán)線，即采用列車定位作為請求點，便于后期根據(jù)使用情況靈活修改）。

4 結(jié)語

有軌電車運(yùn)能主要受單車載客量、平均運(yùn)行速度及發(fā)車間隔（運(yùn)行間隔）等三方面因素的制約。有效提高有軌電車平均旅行速度的措施為提高有軌電車最高運(yùn)行速度，以及減少運(yùn)行中的非必要停車。

要提高有軌電車運(yùn)行效率，除了優(yōu)化路口信號控制系統(tǒng)的設(shè)計，還要選擇最優(yōu)的有軌電車線位。如果有軌電車的線位是跟隨社會交通車流的主流向，且有軌電車運(yùn)行的相位同時也是社會交通的主相位，則該相位的“綠信比”較高，那么顯而易見，有軌電車的優(yōu)先通行也就更容易實現(xiàn)。所以說，線路規(guī)劃也會從很大程度上決定有軌電車的運(yùn)能。

另外，現(xiàn)在許多城市交通的管理者把現(xiàn)代有軌電車視為“入侵者”。這種觀點無可厚非，畢竟有軌電車作為一種與普通社會車輛存在明顯差異的交通工具，要融入傳統(tǒng)的道路交通是需要過程的。歐洲多年的有軌電車運(yùn)營經(jīng)驗表明，這并非不能實現(xiàn)，而是要循序漸進(jìn)，逐步成熟。所以，對于國內(nèi)新建有軌電車的城市而言，初期應(yīng)加強(qiáng)道路交通的秩序管理，加強(qiáng)安全宣傳，為有軌電車的初期運(yùn)營提供大力的安全保障，實現(xiàn)從建設(shè)到載客運(yùn)營的平穩(wěn)過渡。

［1］ 李盛，楊曉光.現(xiàn)代有軌電車與道路交通的協(xié)調(diào)控制方法［J］.城市軌道交通研究，2005（4）：23.

［2］ 劉新平.新型有軌電車信號系統(tǒng)方案研究［J］.城市軌道交通研究，2012（5）：32.

［3］ 虞笑晨.德國現(xiàn)代有軌電車平交口信號優(yōu)先［J］.城市道橋與防洪，2015（12）：8.

Analysis of Modern Tram Signal Priority Requirement and the Practice of Suzhou Tramway

ZHANG Jiguang

Modern tram lines are generally laid on the ground,making plain intersection with roads.To improve the traffic efficiency，the passing priority must be given to modern tram at intersections.Combined with Suzhou tramway Line 1 running in the High-tech Area，several control solutions for passing priority are compared.The design of real-time interactive scheme is described in detail，it features flexibility，good adaptability and safety，adjustable control strategy and manageability，therefore could meet different requirements.

modern tramway； plain intersection； signal priority；control solution

Author′s address Suzhou New District Tramway Co.，Ltd.，215001，Suzhou，China

U491.2+32∶U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.12.017

2017-03-30）