現(xiàn)代有軌電車交叉口信號優(yōu)先控制研究

嚴(yán)洋麗 史瑜玲 周志鵬 謝莊臣

摘 要：運用先進的信息化技術(shù)與管理手段提升運營安全與效率，是推動現(xiàn)代新型有軌電車在城市交通系統(tǒng)中應(yīng)用與發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。以交叉口車輛運行總延誤為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)計有軌電車在單個交叉口的半感應(yīng)式信號優(yōu)先控制策略，以某實際交叉口為例，制定合理的信號優(yōu)先配時參數(shù)，既可提高有軌電車通行效率，也可確保對其他社會車輛的影響控制在合理范圍。

關(guān)鍵詞：新型有軌電車 信號優(yōu)先 綠燈延長 紅燈切斷

中圖分類號：U491.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（a）-0040-03

作為一種中低運量的新型城市軌道交通工具，現(xiàn)代有軌電車具有安全、環(huán)保、快速、舒適等特點。但由于其軌道直接敷設(shè)于道路路面，有軌電車運行具有完全獨立、半獨立和混合3種不同的路權(quán)形式。根據(jù)延誤計算及影響的相關(guān)研究，有軌電車在路段上的運行延誤遠(yuǎn)小于在交叉口處的延誤，因此，針對有軌電車運行優(yōu)化的關(guān)注之一在于通過設(shè)計與實施合理的交叉口信號優(yōu)先策略提升其在交叉口處的運行效率。

1 交叉口處有軌電車信號優(yōu)先控制策略

1.1 有軌電車信號優(yōu)先控制策略

根據(jù)優(yōu)先控制邏輯與實現(xiàn)方法不同，有軌電車信號優(yōu)先控制策略包括被動優(yōu)先和主動優(yōu)先[1]。

1.1.1 被動優(yōu)先

被動優(yōu)先采用固定信號配時，根據(jù)有軌電車實際運行數(shù)據(jù)（如發(fā)車間隔、行車速度、停站時間等），協(xié)調(diào)設(shè)計沿線各個交叉口的信號配時，降低有軌電車的停車延誤。被動優(yōu)先控制策略比較適合在交通量小、乘客出行穩(wěn)定、有軌電車發(fā)車頻率高的線路上實施。

1.1.2 主動優(yōu)先

主動優(yōu)先通常采用感應(yīng)或半感應(yīng)信號配時，通過檢測器探測并計算有軌電車到達(dá)路口的時間信息，系統(tǒng)判斷實施綠燈延長、提前或相位插入等信號優(yōu)先控制方案，繼而達(dá)到降低有軌電車停車延誤的效果。根據(jù)優(yōu)先條件，主動優(yōu)先可分為絕對優(yōu)先與相對優(yōu)先。前者通過信號配時或相位調(diào)整保證有軌電車在任何情況下都能夠不停車通過交叉口；后者則考慮信號相位及其他車輛的效益后綜合決策信號優(yōu)先。

相對優(yōu)先信號控制實現(xiàn)方式包括綠燈延長、紅燈切斷、相位反轉(zhuǎn)、插入相位等。由于綠燈提前和紅燈切斷操作簡單，優(yōu)先效果突出，在實際中應(yīng)用較為普遍；而其他優(yōu)先方式會打亂原有信號配時，給出行者造成困惑，給非優(yōu)先相位帶來較大延誤。因此，本文對有軌電車信號優(yōu)先的綠燈延長與紅燈切斷方案進行設(shè)計分析。

1.2 信號優(yōu)先下的交叉口延誤分析方法

借助韋伯斯特圖解法求解有軌電車信號優(yōu)先控制下的交叉口延誤效益，基本思路如圖1所示。

在圖1中，橫坐標(biāo)t為時間，縱坐標(biāo)Q為車輛數(shù)，C為交叉口信號周期（s），G為某相位綠燈時間（s），R為某相位紅燈時間（s）。根據(jù)車輛到達(dá)率q（輛/s）和離開率s不同（輛/s），某相位車輛在交叉口的延誤d（輛/s）為圖中陰影部分，計算公式為[2]：

在實施有軌電車信號優(yōu)先控制的交叉口，根據(jù)每個周期各個相位的實際信號配時及車流率數(shù)據(jù)，運用上述方法即可求得有軌電車及社會車輛的運行延誤。

2 交叉口有軌電車信號優(yōu)先控制邏輯

2.1 交叉口有軌電車信號優(yōu)先控制流程

選擇經(jīng)典的三相位十字交叉口（如圖2所示）介紹有軌電車信號優(yōu)先控制設(shè)計邏輯。

利用檢測器實時檢測有軌電車的到達(dá)情況，假設(shè)T時刻檢測到有軌電車到來，計算有軌電車到達(dá)停車線時的信號顯示情況，繼而實施相應(yīng)的信號優(yōu)先調(diào)整。具體控制流程圖如圖3所示。

2.2 綠燈延長控制子流程

當(dāng)檢測到有軌電車到達(dá)時為其所在相位綠燈顯示，但剩余綠燈時長卻無法保證有軌電車通過交叉口時，根據(jù)交叉口系統(tǒng)總延誤效益分析，判定是否延長綠燈時間給予有軌電車優(yōu)先通行權(quán)。控制邏輯如圖4所示，其中，T1為有軌電車所在相位綠燈結(jié)束時刻，T0為系統(tǒng)延誤效益分析的臨界時刻。

2.3 紅燈切斷控制邏輯

當(dāng)檢測到有軌電車到達(dá)時為其前一相位綠燈顯示，根據(jù)當(dāng)前相位綠燈最小時長及交叉口系統(tǒng)總延誤效益分析，判定是否提前切斷該相位紅燈給予有軌電車優(yōu)先通行權(quán)?？刂七壿嬋鐖D5所示，同樣，T0為系統(tǒng)延誤效益分析的臨界時刻。

3 實例應(yīng)用

以上海松江區(qū)新松江路與濱湖路交叉口為例（如圖6所示），在建設(shè)中央式有軌電車后，結(jié)合各方向車流量數(shù)據(jù)，重新設(shè)計該交叉口信號配時方案，如圖7所示。

假設(shè)有軌電車平均載客量為300人/輛，社會車輛為3人/輛，根據(jù)本文所提出有軌電車信號優(yōu)先控制方法，計算該交叉口實施綠燈延長、紅燈切斷的信號優(yōu)先方案時，系統(tǒng)延誤效益的臨界時刻T0分別為17s、4s，即最大綠燈延長時間、最大紅燈切斷時長。

4 結(jié)語

以交叉口延誤效益為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)計有軌電車信號優(yōu)先控制邏輯，并以上海松江某實際交叉口為例進行配時設(shè)計與計算，給出該交叉口最大綠燈延長時間和最大紅燈切斷時長，在有軌電車優(yōu)先通行時盡可能不損害其他社會車輛的運行效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳軍.公交信號優(yōu)先控制及其在BRT中的應(yīng)用[D].長沙：中南大學(xué)，2009.

[2] 袁振洲，魏麗英，谷遠(yuǎn)利，等.城市交通管理與控制[M].北京：北京交通大學(xué)出版社，2013.