有軌電車道口信號優先設計

鐘吉林，王長林

(西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 610031)

有軌電車道口信號優先設計

鐘吉林，王長林

(西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 610031)

本文以道口整體延誤損失為目標函數，在利用遺傳算法優化干線道口之間相位差的基礎上，結合道口信號優先控制方法以及有軌電車滯站調度，提出了基于干線協調的有軌電車信號相對優先控制方案，并設計模型進行仿真，證明該方案可以有效降低干線上的車輛延誤，并實現有軌電車的準點運行。

有軌電車；信號優先；干線控制；滯站調度

有軌電車具有投資少，建設周期短，運營效率高等優點，使其成為中小型城市發展公共交通的首選。有軌電車的選線通常位于城市主干道。對有軌電車沿線道口進行信號協調控制可以提高道路的通行能力，降低該道路上車輛的延誤，然而有軌電車的信號優先控制會破壞干線協調的交通流。因此，本文結合有軌電車的滯站調度，在為有軌電車提供一定條件優先權的基礎上，設計了基于干線協調的有軌電車信號相對優先控制，并建立仿真模型進行驗證。

1 有軌電車對沿線車流的影響

有軌電車的運行速度介于地面常規公共交通和地鐵、輕軌之間，是一種大容量的快速公共交通工具。同時，有軌電車主要采用普通路面架設軌道的方式修建，其工程量和造價比地鐵輕軌低。

1.1 有軌電車路權

有軌電車的路權決定其與社會車輛的交織程度，根據對有軌電車路權的分配，有軌電車通常可分為3類：完全獨立路權有軌電車，半獨立路權有軌電車和混行路權有軌電車。

采用完全獨立路權的有軌電車受干擾少，速度快，準點，運營效率接近輕軌，然而采用獨立路權將會加大有軌電車的建造工程量和成本。如果采用混行路權的方式（即有軌電車所在車道也可供普通機動車輛行駛），則一旦出現事故或擁堵，有軌電車和其它車輛可能陷入半癱瘓的狀態，也很難體現出有軌電車優先的交通理念。因此，在運營效率和建造成本之間，許多城市選擇了折中的方式，即采用混合路權。

采用混合路權方式的有軌電車在道口，將會與其它道路車流、行人不可避免地產生交叉，其組織復雜度由于隨機干擾因素眾多而驟增。因此，應從系統上分析有軌電車信號優先對其它社會車輛的影響，并提出整治方案。

1.2 有軌電車信號優先對道口的影響

道口是城市路網中最基本的組成單元，不同于路段的交通特性。車流主要有3種類型的交織：分流交織，合流交織和交叉交織。具體的交叉沖突，合流沖突和分流沖突如圖1所示，其中以交叉沖突對道口的交通安全及道路通行能力的影響最大。車輛在通過交叉沖突點時存在著擠、碰、撞的可能，必須通過必要的措施，分離相互沖突的交通流，常用的具體措施有：禁止左轉，道口讓行，信號控制等。信號控制通過輪流為相互沖突的車流賦予不同時刻的通行權，來減少交叉沖突點。

圖1 無信號控制平面道口沖突點分布圖

有軌電車的運營線路通常選擇在其它類型機動車流量較大的城市主干道，且軌道鋪設在道路中央。當有軌電車進入道口時（運行方向如圖1中虛線所示）會與行駛方向不同的社會車輛要產生交叉沖突，主要包括主干道上的左轉車輛、次干道的左轉和直行車輛。通過對有軌電車沿線的道口進行干道信號協調控制的基礎上，對有軌電車的位置速度檢測，結合有軌電車的運行圖，實行有軌電車在道口的信號優先控制，以達到保證有軌電車安全、準點高速運行，并降低社會車輛延誤的目的。

2 有軌電車道口信號優先模型設計

有軌電車信號優先系統包括3個主要模塊：路口信號協調控制、主干道信號協調控制、有軌電車信號優先控制。以實現干線協調下的有軌電車優先控制，系統結構如圖2所示。

該系統根據有軌電車沿線交通信息，如道口的車道數量、車道功能劃分以及主干道沿線道口間距，實時監測各進口道車流量，排隊長度，停車次數，以及有軌電車的位置，速度，停靠站時間，運行時刻表等信息，以實現實時的干道協調下的有軌電車信號優先控制。

2.1 道口信號控制

路口信號協調控制通過實時獲得的各道口不同方向交通流量，按照單點定時信號的配時方法，生成該道口的最佳信號周期，以及各個相位的綠信比。

路口信號控制根據道口不同方向的交通量以及車道通行能力，確定周期的內部信號相位的各個最大流量比值y。最佳周期長是信號控制道口能使通車效益達到最佳的交通信號周期時長。近似最佳周期時長Co為：

圖2 干線協調下的有軌電車優先設計

式中：Y為組成周期內部信號相位的各個最大流量比值yi之和：

式中：n為該周期內的相位數；L為每個周期的總損失時間（s）。

根據式（1）確定的最佳周期時長，可得每周期的有效綠燈時間ge為：

把ge在所有信號相位之間按各相位的最大流量比值進行分配，得各相位的有效綠燈時間：

2.2 主干道信號協調控制

城市主干道，有軌電車專用道設置在道路中央，站點設置在道口上游，如圖3中紅色區域所示。

圖3 城市主干道示意圖

主干道協調控制不同于單個路口的信號控制，需要對沿線的道口進行聯動控制。無論絕對相位差偏小或偏大，都可能降低干線協調控制效率。因此確定干線信號協調周期之后，一定范圍內調整個別道口的相位差，改變配時方案（進行相位差優化）改善綠波帶上下限外部時空范圍的協調關系，使車隊能盡可能的少遇紅燈，以減少系統內的車輛延誤。

本文根據道口上、下行車輛延誤和相位差的關系，以線控系統上、下行車輛在所有道口的延誤之和 D最小為優化目標，道口之間的相位差為變量，采用遺傳優化算法，計算出滿足D最小的相位差。沿線的6個主要道口之間的間距依次為：600 m、450 m、400 m、700 m、600 m，進行5個周期的優化后，相位差如表1所示。

表1 優化前后相位差

優化前后道口的延誤如圖4所示。

圖4 采用遺傳算法前后道口的延誤

圖4中，對比優化前后的車輛延誤平均降低了38.75%，因此采用遺傳算法對沿線道口相位差進行優化，可以提高主干道交通通行能力，減少車輛延誤，比傳統的定時配時方法更能適應交通流量的變化。

2.3 有軌電車道口信號優先算法實現

有軌電車優先控制在主干道協調控制的基礎上，根據有軌電車的時刻表延誤，道口控制延誤，其它社會車輛，賦予有軌電車不同級別的優先權。然后根據有軌電車獲得的優先級，結合沿線社會車輛的交通量及延誤等因素，決定是否為有軌電車提供信號優先，實現有軌電車的相對信號優先。

有軌電車信號優先流程圖如圖5所示。

圖5 有軌電車信號優先流程圖

根據有軌電車的實際到站時間ti和有軌電車運行時刻表中規定的下一個道口到站時間Ti+1比較，判定是否需要賦予有軌電車優先權。Li為有軌電車站點距離下一個有軌電車車站的距離，V為有軌電車的運行速度，Tmin為有軌電車的最小停靠站時間。

結合下一個道口的信號狀態，通過合理地壓縮或延長有軌電車的停靠站時間，降低有軌電車對主干道信號協調控制的影響，減少機動車輛的延誤。

即當有軌電車產生重大延誤，即使采用最短停靠站時間也不能準時到達下個站時，為降低延誤，賦予有軌電車優先通行權，觸發有軌電車信號優先控制模式。有軌電車采用最短的停站時間，出站采用絕對信號優先的方式通過下一個道口。

有軌電車信號優先模塊接收到觸發優先申請后，根據進站時間和最短停站時間，預測有軌電車到達道口的時間，若現有的信號控制方案不能保證有軌電車順利通過道口時，則采用綠擴展或綠召回策略保證有軌電車安全通過道口。

為證實該模型可以有效地調整有軌電車的運行，本文模擬了在多種情形下，有軌電車的運行情況如圖6所示。

圖6 有軌電車運行圖

3 結束語

本文采用基于有軌電車滯站調度的信號相對優先控制模型，可以減少有軌電車對沿線道口協調控制的影響，有效降低線控系統上、下行車輛在所有道口的延誤之和，同時保證有軌電車快速、準點運行，提高在道口的通行效率，并為協調有軌電車和社會車輛的沖突提供了新的思路和方法。

[1] 高繼宇. 現代有軌電車行車組織設計相關問題分析[J].科技信息，2011 （32）.

[2] 李 盛，楊曉光. 現代有軌電車與道路交通的協調控制方法[J].城市軌道交通研究，2005（4）.

[3] 王 寧. 基于信號優先和滯站調度的 BRT組合控制策略[J].交通運輸系統工程與信息，2011（6）.

[4]李曉紅.城市干線交通信號協調優化控制及仿真[D].大連：大連理工大學，2007.

責任編輯 陳 蓉

Priority design for crossing signal of tram car

ZHONG Jilin, WANG Changlin
( School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )

This paper considered intersection delay as the objective function, and optimized the phase difference between crossings along the mainline by using Genetic Algorithm, combined priority control of crossing signal with lag station dispatching of tramcar, proposed relative priority control program for signal of tramcar based on truck coordinate, designed models for simulation which showed that the program could reduce vehicle delays to some extent, and implement the tramcar punctuality.

tramcar; signal priority; trunk control; lag station dispatching

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2014）09-0048-04

2014-01-08

鐘吉林，在讀碩士研究生；王長林，教授。