有軌電車干線交通信號協(xié)調(diào)控制方法

文/王昊，東南大學(xué)交通學(xué)院教授、城市智能交通江蘇省重點實驗室副主任

一、有軌電車交通運行組織的特點

1.軌道敷設(shè)的特點

目前，有軌電車軌道敷設(shè)常見的方式，包括路中式、單側(cè)、兩側(cè)。這三種方式有各自的使用條件和適用性，其中路中式的敷設(shè)干擾較小，效率較高，易于交通組織和控制，乘客的上下車集散兩側(cè)是對稱的；單側(cè)的優(yōu)勢是便于一側(cè)乘客的疏散，另外一側(cè)比較復(fù)雜；兩側(cè)的方式對于乘客疏散比較容易，對車輛的干擾比較多。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的方式是路中式和單側(cè)，并采用行駛路段獨立路權(quán)的方式來進(jìn)行敷設(shè)，有軌電車路段上面有較好的路權(quán)保障。

2.地面交通組織的特點

路段路權(quán)獨立保障有較好的行駛速度，但是在交叉口沒有完全的獨立路權(quán)，因為有軌電車在通過交叉口時需要跟社會車輛共享通行權(quán)，有時軌道鋪設(shè)的布局較為復(fù)雜，需要專用的相位幫助它完成轉(zhuǎn)向。另外，很多出行者對于有軌電車體驗感不好是因為經(jīng)過交叉口的清空時間太長，因為有軌電車車身很長，全部通過路口需要一定的時間，而一般的社會車輛獲得通行權(quán)后，清空時間為2-3秒，遠(yuǎn)低于有軌電車的20秒，但是社會車輛跟它的通行時間是重合的，共享通行綠燈，并沒有擠壓社會車輛正常通行相位，只是出行者感覺很慢，實際上有軌電車大多數(shù)情況下并沒有影響社會車輛統(tǒng)的效率。

3.站點特點

按照站臺形式有四種類型，包括對稱島式車站、分離島式車站、對稱側(cè)式車站、分離側(cè)式車站。按照站臺位置分三類，包括路口同側(cè)、位于進(jìn)口道、位于出口道。

4.速度

目前，有軌電車設(shè)計速度為50-70公里/小時，但實際交叉口間距較小導(dǎo)致有軌電車實際運行速度較慢，通常行駛速度為30-40公里/小時，在交叉口的速度更低，為了安全考慮，一般低于20公里/小時。

運行速度：有軌電車的路段設(shè)計速度應(yīng)不超過所在道路的設(shè)計速度，平面交叉口內(nèi)的設(shè)計速度一般取路段設(shè)計速度的0.5-0.7倍。

運行加速度：有軌電車的行駛速度在0-40公里/小時，其平均啟動加速度應(yīng)該大于或等于1m/s2；有軌電車的行駛速度在0-70公里/小時時，其平均啟動加速度大于或等于0.6m/s2。同時規(guī)定在任意速度下，有軌電車的瞬時加速度應(yīng)該小于或等于1.3m/s2。

運行減速度：有軌電車常用平均制動減速度應(yīng)該大于等于1.1m/s2，緊急平均制動減速度不小于2.0m/s2。

在運輸能力方面，有軌電車運能為0.5-1.2萬人/小時，介于常規(guī)公交和軌道交通之間的一種方式。

二、有軌電車交通運行組織存在的問題

通過實踐發(fā)現(xiàn)，有軌電車電車運營組織存在的第一個問題是有軌電車專用通行相位擠壓社會車輛通行資源。有時因為軌道布局導(dǎo)致有軌電車通過路口必須加一個專用相位，這個相位所有社會車輛不能通行，這種控制模式對社會車輛帶來很大的影響，小汽車要在一個很長的時間內(nèi)看著電車轉(zhuǎn)彎而它不能動，效率比較低。

二是站點和交叉口停車的次數(shù)太多，首先是導(dǎo)致有軌電車行駛速度偏低，沒有機(jī)會提高運行速度；其次是有軌電車在交叉口的延誤很大，實際上在使用過程當(dāng)中，并沒有起用信號優(yōu)先，導(dǎo)致車輛在交叉口頻繁停車，行駛速度偏低，延誤變大。三是關(guān)于有軌電車通行優(yōu)先控制的問題。在有軌電車沿線，很多路口時間周期是無法做到統(tǒng)一的，實際應(yīng)用中有各種原因的影響，導(dǎo)致我們必須靠優(yōu)先通行讓有軌電車順利通過某些路口。

優(yōu)先通行有三種方式，一是綠燈早起，有軌電車來得比相位早就實行早起路燈；二是綠燈延遲，即相位延長；三是插入相位，有軌電車來的時間離綠燈開啟的時間非常長，就考慮把相位提前。雖然有軌電車通行優(yōu)先控制保障有軌電車的絕對優(yōu)先權(quán)，但是會損害其他社會車輛的方式，盡量減少啟動的次數(shù)。

有軌電車的核心問題：“交叉口”是制約有軌電車通行效率的關(guān)鍵瓶頸，而不是在路段。

三、有軌電車干線信號協(xié)調(diào)控制

如何改善有軌電車在交叉口的通行效率？針對以上三個問題有三個對策。

1.優(yōu)化有軌電車軌道布局，減少有軌電車專用通行相位的使用。

以下兩類軌道布局方式需要設(shè)置有軌電車專用相位，線路設(shè)計時盡可能避免：

2.“有軌電車+社會車輛”干線多模式綠波設(shè)計

由于有軌電車在站點需要?？?，所以綠波的軌跡當(dāng)中有暫停，但是可以通過數(shù)學(xué)規(guī)劃方法優(yōu)化干線交叉口的相位差，使得有軌電車和社會車輛同時獲得綠波，要求有軌電車干線途徑的交叉口具有統(tǒng)一的信號周期。

二是分段式綠波設(shè)計。整體式綠波要求整個沿線的所有路口周期是相等的，現(xiàn)實當(dāng)中很難操作，因此要進(jìn)行分段，在若干個分段內(nèi)部形成統(tǒng)一周期。這種方式對干線進(jìn)行分段，使得有軌電車和社會車輛在每段區(qū)間內(nèi)共同獲得綠波，不要求有軌電車干線途徑的交叉口具有統(tǒng)一的信號周期。

三是調(diào)整有軌電車發(fā)車間隔，每個周期內(nèi)到達(dá)路段站點的有軌電車數(shù)量不超過1列，發(fā)車間隔為周期倍數(shù)，從而確保有軌電車有一個比較好的綠波通行，也不會侵害社會車輛的通行效率。

隨著有軌電車的發(fā)展，很多城市逐漸加密線路，邁入網(wǎng)絡(luò)化運營時代，可分為簡單網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)控制和含有復(fù)線共軌的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)控制，建議：

1.設(shè)計出良好的綠波系統(tǒng)，兼顧有軌電車和社會車輛的通行效率；

2.通過合理的調(diào)度，使干線每個信號周期內(nèi)單方向不超過一輛有軌電車到達(dá)，有利于綠波控制和站點停靠。

3.有軌電車不需要長時間的綠燈窗口，但需要較長的清空時間；因此，控制交叉口的空間規(guī)模十分重要。

4.由于周期不統(tǒng)一、停站時間波動等因素的干擾，有軌電車信號優(yōu)先控制是必要的，綠波設(shè)計有助于降低主動優(yōu)先控制的啟用次數(shù)。

5.復(fù)線共軌路段有軌電車線路不宜超過2條，每條線路的發(fā)車間隔不小于2倍信號周期長度。