現代有軌電車路口信號優先控制的方案及比選

袁江波

（中國中車南京浦鎮車輛有限公司，210031，南京∥工程師）

現代有軌電車路口信號優先控制的方案及比選

袁江波

（中國中車南京浦鎮車輛有限公司，210031，南京∥工程師）

現代有軌電車路口信號優先方案的選擇與實施直接影響現代有軌電車運營速度及運營效能，是現代有軌電車規劃和建設中必須優先考慮的。介紹了現代有軌電車的路權模式，詳細闡述了現代有軌電車路口信號優先控制的各種方案并對方案進行了比選。建議結合路口特點和項目特點選擇合適的路口信號優先方案，以實現現代有軌電車運營效能最優化。

現代有軌電車；路權模式；信號優先

Author＇s address CRRC Nanjing puzhen Vehicle Co.，Ltd.，210031，Nanjing，China

2014年，國內40多個城市規劃建設有軌電車，全國有軌電車的遠期規劃線路已將近5 000 km，而在2020年前要建設的線路就超過2 500 km。在這樣一個有軌電車磅礴發展的背景下，如何提高有軌電車的運營速度，對提高有軌電車的運營效能、實用性都非常重要，路口信號優先方案及實施的好壞正是提高有軌電車運營速度的關鍵因素之一。

1　現代有軌電車路權模式

現代有軌電車路權可分為獨立路權模式（即全封閉）、優先路權模式（交叉路口開放）和混合路權模式（全開放）三種。三種路權模式的有軌電車旅行速度不同：采用獨立路權模式時的旅行速度可達30～35 km/h，采用優先路權模式時的旅行速度可達25～30 km/h，采用混合路權模式時的旅行速度為20～30 km/h。由于采用獨立路權模式的有軌電車線路對地面交通的影響較大，會導致地面交通難以組織，故目前國內外主流有軌電車均采用優先路權和混合路權兩種模式。國內有軌電車建設多以優先路權為主。采用優先路權模式的有軌電車線路，其路口信號優先方案是影響有軌電車運營速度及效能的關鍵因素。

2　現代有軌電車路口信號優先控制系統

非獨立路權有軌電車在地面路段與社會車輛共同行駛在道路上，且與其他車道之間存在平面交叉。道路交叉口信號優先控制的理念是：在保證不對整個交叉口或干線車輛運行產生嚴重影響的前提下，減少有軌電車延誤，降低有軌電車行程時間，提高有軌電車的準點率及運行效率。

2.1路口信號優先控制系統的信號采集

有軌電車通過平交道口前，信號機系統先采集有軌電車位置。主要采集方式有檢測器（環形線圈）、GpS/BD（全球定位系統/北斗衛星導航系統）定位、射頻信號和短程通信四種。

（1）檢測器（環形線圈）采集。這是采集路口車輛信號最常用的手段。由于有軌電車行駛速度快，為保證信號采集，檢測器的安裝位置必須距離路口足夠遠。因此，如果采用該方式，檢測器到路口信號機的線路較長，工程量大，投資也大。

（2）GpS/BD定位系統采集。GpS/BD衛星定位系統能全程監控每輛有軌電車的位置和速度，能及時準確地掌握車輛的狀態，并計算出每輛有軌電車達到路口和到達車站的時間。由于有軌電車GpS/BD采集的信息一般集中在控制中心，且控制中心與每一個路口信號機之間的信息傳遞存在障礙。因此，如果采用該方式，不僅需要敷設光纜，還要給路口信號機安裝解碼器，投資較大。

（3）射頻信號采集。該方式需在有軌電車上安裝車載射頻信號發射器，并在路口信號機上安裝接收器。當有軌電車到達路口前方80～100 m時，由司機按下車載射頻信號發射器，將車輛位置信號發送至信號機，并請求信號機給予優先通行信號。

（4）無線短波（無源信標）通信。該方式需在有軌電車上安裝短波設備。當有軌電車到達路口前方80～100 m時，有軌電車上的短波設備與路邊短波設備建立通信，請求路口信號機給予優先通行信號。

2.2路口信號優先控制系統的控制方式

2.2.1就地檢測控制方式

傳統的路口優先系統一般采取就地檢測、傳輸、就地控制的方式。無論采取哪種信號采集方式，路口信號優先控制系統均由車載設備、軌旁檢測設備、傳輸線路、軌旁控制設備、道路交通信號控制箱等幾個部分組成。由車載設備和軌旁設備來確定車輛位置，并將位置信息傳輸給軌旁控制設備；由軌旁控制設備給道路交通信號控制箱發送列車到達信息，由道路信號控制系統對相應的信號優先進行控制。以無源信標控制為例，其路口優先控制方式如圖1所示。

圖1　無源信標控制的路口優先控制方式

當有軌電車越過路口處的接近信標時，有軌電車車載控制主機將有軌電車的接近信息通過車載無線通信單元發送到軌旁控制箱；軌旁控制箱通過無源干接點將電車的到達信息發送到道路交通信號控制系統；由道路交通信號控制系統對相應的信號優先進行控制和調度。當有軌電車越過離去信標時，也以同樣的方式將有軌電車離去信息傳送到道路交通信號控制箱，并由道路交通信號控制系統對道路交通信號進行控制。無源信標路口優先控制方式流程圖如圖2所示。

圖2　無源信標路口優先控制方式流程圖

2.2.2遠程集中控制方式

遠程集中控制方式一般先通過GpS/BD對有軌電車位置、速度、運行方向等信息進行采集，再將信息打包傳送給控制中心，由控制中心對各信號機進行集中控制。遠程集中控制方式一般與智能交通系統結合，本文以南京河西有軌電車1號線為例予以說明。

南京河西1號線有軌電車采用了一種全新的有軌電車路口優先控制方式，即將有軌電車路口信號優先納入智能交通系統的道路公交信號優先系統進行實施。主要控制原理為：有軌電車先通過車上的GpS定位系統，收集車輛的位置、行進速度、行進方向等信息，并進行打包，再通過無線專用數據通道將數據實時傳輸到車輛基地控制中心；控制中心對接收到的數據進行處理后，通過光纜將數據傳輸至交管中心路口信號管控平臺，交管中心根據接收到的數據及有軌電車沿線當時的交通狀況制定最優的行車策略，并下發至相關道路交通信號控制箱，對路口信號燈進行控制（采取延長、提前、增加或跳躍相位實時調整交叉口信號控制方案），從而實現有軌電車的優先通行。遠程集中控制的路口優先系統如圖3所示：

2.3路口信號優先控制系統的控制模式

現代有軌電車規劃的定位不同，相應的速度要求也不同。根據不同的速度要求，有軌電車路口信號優先控制模式主要分為絕對優先、相對優先、常規信號行駛。

圖3　遠程集中控制的路口優先系統

（1）絕對優先。檢測到有軌電車到達平交道口時，強行插入信號，給予有軌電車綠燈，以保證有軌電車優先通過平交道口。這種路口信號優先控制方式對路面交通影響較大，很少全線采用，一般僅在郊區或支路、小路口使用。

（2）相對優先。通過采取一定的信號控制方案，使交通信號優先系統不僅能保證有軌電車通過平交路口的需求，而且還能保證路口其他交通的正常秩序。相對優先能避免因信號、設施、渠化等因素制約而造成的交叉口通行能力大幅下降，以及對交通安全造成的影響。相對優先能在可接受范圍內給予有軌電車盡可能的信號優先，可減少有軌電車在交叉路口的停車次數及等待時間，提高有軌電車一次性通過路口的比例。

（3）常規信號行駛。有軌電車通過平交道口時按照路面常規交通車輛行駛規則行駛。

2.4平交路口信號燈控制方案

為了提高有軌電車運營效能，同時保證不對路面其他交通造成較大影響，在平交路口有軌電車往往會采取絕對優先、相對優先及常規信號行駛相結合的模式。即依據相交路口等級，對各平交路口采取不同的信號燈控制方案。

2.4.1與主干道相交路口

在有軌電車與主干道相交路口，由于相交道路等級高，且車流量也較高，為避免對平交道口通行能力及秩序造成較大影響，故一般采取常規信號控制手段。有軌電車前進方向相位配時需滿足有軌電車通過需求。即算出有軌電車在路口停車等待位置起步直至有軌電車尾部通過路口所需時間，保證在有軌電車前進方向上單個相位綠燈時間不小于所算出時間。

2.4.2與次干道相交路口

在有軌電車與次干道相交路口，應在保證主干道有軌電車順暢通行的同時，盡量減少對次干道的交通延誤。一般采用有條件信號優先的相對優先控制手段。

如檢測到有軌電車到達恰在主干道綠燈時間即將結束時，則采取延長綠燈相位時間的辦法保證有軌電車優先通過，但最大延長時間不宜超過正常綠燈時間的1.5倍。如延長時間過長，則即使檢測到有軌電車到達，也將相位轉換為次干道綠燈。此時次干道綠燈時間為最小綠燈時間。最小綠燈時間根據路口實際通行情況制定。

如檢測到有軌電車到達恰為主干道紅燈時，則檢測次干道綠燈剩余時間。如大于次干道最小綠燈時間，則轉換至次干道最小綠燈時間，如小于，則保持正常讀秒。

具體的信號燈控制邏輯如圖4所示。

圖4　與次干道相交路口信號燈控制邏輯

2.4.3與支路、小路相交路口

由于相交支路、小路的道路等級低，車流量小，且流量波動性較大，一般采用絕對優先控制手段。

在有軌電車線路與支路或小路相交的平交路口，應對有軌電車所在的主干道保持優先通行的綠燈信號，對支路、小路保持紅燈狀態。當檢測到支路、小路有社會車輛通過時，先檢測主干道是否有有軌電車即將到達，如無有軌電車，則支路、小路轉換綠燈；如主干道有有軌電車到達，則再檢測支路、小路是否有后續車輛到達；如有后續車輛，則支路、小路轉換綠燈；如無后續車輛，則保持主干道綠燈，待有軌電車通過后，再將支路、小路轉換為綠燈。相應信號燈控制邏輯如圖5所示。

圖5　支路、小路口信號燈控制邏輯

2.4.4人行橫道信號控制方案

由于人行通道等級最低，且人流量波動性較大，故人行道信號燈控制需采取優先決定。

在有軌電車與人行橫道相交的平交路口，持續對有軌電車通過方向保持綠燈信號，對人行橫道設置行人通過按鈕，當行人需要通過道口時主動按下按鈕。信號系統會立即檢測有軌電車是否即將到達，如無，則給予人行橫道綠燈信號；如有，則在有軌電車通過后給予綠燈信號。其信號燈控制邏輯如圖6所示。

圖6　人行橫道信號燈控制邏輯

2.5典型平交道口信號優先設置

2.5.1路中直行時的信號優先設置

路中直行指有軌電車線路敷設在市政道路中央，且有軌電車通過時，在路口與社會車輛共用市政道路直行綠燈相位。綠燈通行時間不小于有軌電車正常速度通過路口所需要的時間。有軌電車通行時上、下行社會車輛禁止左轉。

2.5.2路側直行時的信號優先設置

路側直行指有軌電車線路敷設在市政道路兩側或一側，且有軌電車通過時，在路口共用市政道路直行綠燈相位。通行時長按不小于有軌電車正常速度通過路口時間需要，根據有軌電車敷設于道路左右側不同，社會車輛相位禁止不同。

（1）如有軌電車在道路左側，則當有軌電車通行時上行社會車輛禁止右轉、下行車輛禁止左轉。

（2）如有軌電車在道路右側，則當有軌電車通行時社會車輛上行禁止左轉、下行車輛禁止右轉。

（3）如有軌電車在道路兩側，則當上行有軌電車車通過時上行社會車輛禁止右轉、下行車輛禁止左轉；當下行有軌電車通過時，則上行社會車輛禁止左轉、下行車輛禁止右轉。

2.5.3路中轉路側或路側轉路中時的信號優先設置

路中轉路側或路側轉路中，即有軌電車線路在市政道路路中與路側之間轉換。有軌電車通過轉換路口時，路口須設置有軌電車專用相位，當有軌電車到達路口時激活插入相位，待有軌電車通過后恢復正常相位序列。

3　現代有軌電車路口信號優先方案的比選

有軌電車線路設計方案選取的原則如下：

（1）路權模式選擇。路權模式選擇需結合項目規劃，選擇合適的路權模式。同一線路也可依據線路情況對不同路段采取不同的路權模式。根據國外有軌電車項目經驗，一般在人員密集的市中心區域采用混合路權，在郊區采用獨立路權或優先路權模式，以確保有軌電車的平均旅行速度。

（2）路口信號采集方案選擇。各方案均有缺點。檢測器（環形線圈）、GpS/BD定位采集方案工程實施困難，投資費用高。射頻信號采集方案屬于被動采集，對司機要求較高，如司機不按按鈕，路口信號機就收不到信號，不予以優先放行；如司機按鈕按過早，則路口信號機不反應；按遲了，路口信號機來不及調整相位。無線短波通信方案實現相對比較簡單。故建議在沒有特殊要求的情況下采用無線短波通信的方式，即無源信標方式。

（3）路口優先控制方式選取。遠程集中控制一般要通過GpS/BD采集有軌電車位置、速度等信息。由于GpS/BD采集數據傳輸時存在一定的誤差和延時，甚至丟失，容易導致信號燈的誤動作；且集中控制方式需將所有有軌電車經過的路口的信號燈控制箱聯網，費用較大。所以，在原本無智能交通實施計劃或智能交通實施滯后于有軌電車建設區域，不建議采用集中控制方式。

（4）線性選取。由于有軌電車在路中路側轉換時，需要單獨設置有軌電車通過相位，對平交道口交通組織影響較大，所以在有軌電車線性選取方面盡量少設置路中路側轉換，宜采取單獨的路側布置或單獨路中布置。

4　結語

現代有軌電車路口信號優先方案的選擇，直接關系到有軌電車運營速度及運營效能。因而，在有軌電車規劃建設階段，必須結合項目特點選擇合適的路口信號優先方案，并與有軌電車項目建設同步實施，同步投入使用；在調試階段，對各路口進行逐一調試，為各路口選擇最優配時方案，以實現有軌電車運營效能的最優化。

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Alternative Options of Modern Tram Traffic Signal Priority Control

Yuan Jiangbo

The selection and implementation of signal priority mode for modern tram is directly related to the running speed and operational efficiency of modern tram lines，and should be firstly considered in planning and construction. In the paper，the right-of-way mode of modern tram is introduced，alternative options of modern tram traffic signal priority control are described.In the selection of signal priority mode for modern tram，the characters of intersections and projects shall be first considered，so as to realize the optimal operation of modern tram.

modern tram；right-of-way mode；signal priority mode

U 491.2+32∶U 482.1

10.16037/j.1007-869x.2016.03.011

（2014-12-30）