現代有軌電車實現“綠波”交通應用方法研究

劉克虎，宿亞軍，蘇浚

(廣州有軌電車有限責任公司，廣州510000)

現代有軌電車實現“綠波”交通應用方法研究

劉克虎，宿亞軍，蘇浚

(廣州有軌電車有限責任公司，廣州510000)

現代有軌電車作為一種新型交通工具，與有獨立運行空間的地鐵不同，其線路常與道路交通交叉，通行需求經常發生沖突。通過建模計算，設定相應路口信號周期、綠信比及相位差，鋪畫特定的有軌電車運行圖，使得有軌電車控制與道路交通控制相協同、適應。同時，結合有軌電車運行過程中的信號及通信技術，實現道路交通車輛“綠波”并實現有軌電車“綠波”，確保有軌電車旅行速度，提高運行效率和運能，增加準點率和兌現率。

現代有軌電車;綠波;運行圖;信號配時

1 研究背景

現代有軌電車憑借其節能環保、舒適等優勢在國內各地迎來了發展的熱潮。目前廣州、珠海、蘇州、沈陽、天津、長春等城市的現代有軌電車部分線路均已建成并開通運營［1］。現代有軌電車的路權形式主要有全封閉路權、半封閉路權和共享路權3種［2］，基于效益和經濟的綜合考慮，國內普遍采用半封閉路權形式，而半封閉路權的平交道口部分為共享。對于平交道口共享的公共交通，在不采取相應的措施下，調查南京市主要公交線路延誤數據，平交道口的延誤時間約占總時間的28%，并且2015年《廣州市城市軌道交通管理條例》修正案二審稿取消有軌電車優先通行權相關條款，未來信號優先形式暫不明確。在此形勢背景下，如何保證有軌電車準點率及旅行速度?如何實現高密度行車組織?如何實現有軌電車與社會交通和諧共存?因此本文提出通過相應措施實現“綠波”交通解決此類問題的方法。

2 “綠波”通行概述及數學模型

2.1 “綠波”通行概述

所謂現代有軌電車“綠波”通行，就是對一系列交叉口上的交通信號周期、相關相位綠信比和相位差進行設定［3］，同時基于此鋪畫出有軌電車特殊運行圖，再利用現代有軌電車信號通信技術對行車速度、停站時間等進行誘導，最終不僅使主干道上的社會車流依次到達前方各交叉口時均會遇上綠燈，同時使主干道上的有軌電車依次到達前方各交叉口時也會遇上綠燈。這種“綠波”交通減少了車輛在交叉口的停歇，提高了平均行車速度和通行能力。

2.2 建立“綠波”通行數學模型并檢驗

以廣州有軌電車侖頭線為例，有信號控制的主要交叉口如圖1所示，分別為南洲路(北向東交叉口)、華南大橋下方南洲路與現狀道路交叉口、南洲路與小洲南路交叉口。

圖1 廣州有軌電車侖頭線示意Fig.1 Schematic diagram of Luntou Line for Guangzhou tram

根據現狀情況，圖中3處交叉口的交通量相對較多，按路口原交通組織方案設置，有軌電車與直行車流同相位。模擬3個路口的情形，給定S1、S2、S3、S4(表示各路口間距離)的值分別為2.6 km，1.89 km，1.36 km，4.2 km，給定C1，C2，C3(表示對應路口當前狀態為綠燈)的值全為0，如圖2所示。可得:

確定原則:通過改變K正i與K逆(n－i+1)的取值，使得T正i與T逆(n－i+1)的大小盡可能相等或者相差整數倍。若使得T正i與T逆(n－i+1)接近相等，則Ti=T正i，若使得T正i與T逆(n－i+1)相差整數倍，則Ti=kT正i(k為正整數)。

按有軌電車旅行速度25 km/h計算，得出:T1≈120 s(實際分別為119.2 s、124.8 s)，T2≈120 s(實際分別為114.4 s、129.3 s)，T3≈120 s(實際分別為121 s、120.3 s)，根據模擬的數據驗證了綠波工程的可行性。

3 現代有軌電車與社會車輛“綠波”通行實現方法

3.1 納入“綠波”交通系統平交道口的方法

1)將各平交道口根據車流量進行分類:主主相交路口、主次相交路口、主支相交路口。將主主相交路口和主次相交路口納入“綠波”系統中，主支相交路口采用絕對優先，設計時不考慮［4］。

2)相鄰兩交叉口間的距離很小時，可把相鄰兩交叉口看作一個交叉口，采用相同的配時方案，綠燈亮滅時刻相同。

3)各相鄰交叉口間距離雖然不等，但相差也不大時，調整停站時間，可將它們看作近似相等來處理，各交叉口采用相同的信號周期，且各路段采用相同的車速。

4)各相鄰交叉口間距離相差很大時，各交叉口可分別按上述公式求出本交叉口的信號周期(其中k為正整數)，各交叉口信號配時方案遵循與有效綠燈時間相匹配的原則，各路段采用不同的車速。

3.2 實現流程

實現有軌電車“綠波”交通方法流程如圖3所示。

圖3 實現有軌電車綠波交通流程Fig.3 Flow chart to achieve tram green wave traffic

3.3 具體步驟

3.3.1 采集平交道口數據并確認信號配時

根據各交叉口渠化方案圖，及各進口道的流量比得出最佳周期時長C0［5］、各相位實際顯示綠燈時間和紅燈時間，畫出最終的配時圖。

式中:Ls—車輛啟動損失時間，一般為3 s;I—綠燈間隔時間，即黃燈時間加全紅燈清路口時間，A—黃燈時間，一般為3 s;i—所設相位數;Y—組成周期全部相位的最大飽和度值之和，Ge—周期有效綠燈時間。

3.3.2 采集有軌電車行車數據及確認列車運行圖

1)在編制列車運行圖前，必須收集以下編圖數據:線路通過能力和車站折返能力;最小間隔時間;列車區間運行時間;列車停站時間標準;列車在折返站停留時間標準;列車出入車場作業時間標準;運營開始和結束時間;全日分時行車量;列車交路計劃;現有列車運行圖完成情況分析［6］。

2)列車運行圖的編制應遵循以下原則:①將各平交道口根據車流量進行分類，主主相交路口，主次相交路口及主支相交路口。將主主相交路口和主次相交路口按虛擬站設置在運行圖中，主支相交路口采用絕對優先運行圖，設計時不考慮;②充分考慮由于延誤錯過當前綠波帶后，進入下一綠波帶，利用折返或中間站的冗余時間進行調整，使之進入原來綠波帶;③發車間隔與有軌電車平交路口最大紅綠燈相位周期要成倍數關系;④應滿足各項列車間隔時間，確保行車安全(列車運行速度快是城市軌道交通系統的主要優勢);⑤盡量方便乘客，城市軌道交通系統是城市公共交通的重要組成部分，編制運行圖時主要考慮列車發車間隔，在滿足運行技術的前提下，盡量選擇最小值，從而減少乘客的候車時間，安排低谷運行線時，列車運行間隔也不宜過大［7］;⑥充分利用線路的能力和車輛的能力，通常情況下，折返站的折返能力是限制全線能力的關鍵，因此必須對折返線的折返作業時間進行精確計算，盡可能安排平行作業，當列車周轉達不到運營要求時，要合理安排列車解決高峰客流組織;⑦在保證運量需求的條件下，運營列車組數達到最少，綜合考慮高峰時段列車運行速度、折返時間、列車開行方式等要素，使運營列車數量達到最少，從而降低系統的車輛保有量與運營成本。

3.3.3 實現有軌電車“綠波”通行的方法

1)與社會車輛共用“綠波”，如圖4所示。

圖4 與社會車輛共用“綠波”示意Fig.4 Schematic diagram of "green wave"shared with road traffic

①與有軌電車同向或共線路。根據社會車輛的“綠波”，初步確定路口信號相位周期及相位差，通過微調最終確定路口信號相位周期及相位差，并鋪畫基于“綠波”的有軌電車運行圖。

②與有軌電車方向垂直的線路，以上述確定的信號相位周期及相位差為基準設計該線路的“綠波”交通(調整其他路口)。

2)以侖頭線為例介紹實現“綠波”應用方法。

①驗證現代有軌電車及社會車輛以特定的速度運行時，“綠波”通行的可行性。公式如下:

經計算得:有軌電車運行時間T1≈120 s(119.2 s、124.8 s)，T2≈120 s(114.4 s、129.3 s)，T3≈120 s(121 s、120.3 s);社會車輛運行時間T1≈120 s(111.75 s、117 s)，T2≈120 s(125.1 s、124.7 s)，T3≈120 s(126 s、131.6 s)。根據擬定按有軌電車旅行速度25 km/h，社會車輛平均速度40 km/h驗證了“綠波”工程的可行性。

②初步確定交叉口配時方案。簡化平交道口，僅將主主、主次路口作為“綠波”考慮關鍵點。采集有軌電車線路沿線交叉口數據及有軌電車運營數據，根據各交叉口的交通量初步確定交叉口配時方案。

③擬合各交叉口配時圖與列車運行圖。將選定的干線平交道口納入“綠波”交通系統中，將各平交道口按與站間實際距離加入有軌電車運行圖中，并將初始計算的道口信號配時圖(有軌電車通行方向)按時間軸鋪畫其中。

④確定社會車輛“綠波”帶。圖解法畫出與有軌電車同向(或對向)社會車輛的“綠波”帶，并對路口信號配時進行調整。按與有軌電車線路相交道路的信號配時為基準進行“綠波”帶設置。圖解法畫出雙向“綠波”帶，按時間軸以平交道口公共周期為間隔進行平移，得到社會車輛“綠波”帶，并初步確定各平交道口相位差。

⑤確定基于“綠波”的有軌電車運行圖。結合有軌電車運營數據和各路口配時方案，設置上行方向及發車時刻。先確定上行有軌電車通行相位的綠燈前1/3時刻及下行方向有軌電車的發車時刻，再確定下行有軌電車通行相位的綠燈前1/3時刻，見圖5基于“綠波”的有軌電車運行圖。

圖5 基于“綠波”的有軌電車運行圖Fig.5 Tram train diagram based on the green wave

⑥確定現代有軌電車最小間隔運行圖網。結合有軌電車運營數據、路口配時方案和列車運行實際微調，形成最終基于“綠波”的有軌電車運行圖網［8］。根據工作日、節假日及大型活動客流，編制基于此運行圖網下的運行圖(時刻表)。

4 現代有軌電車“綠波”應用方法優化

4.1 劃分子區優化

為了更好地實現基于社會車輛“綠波”的有軌電車“綠波”，將限制條件進行分解分步實現，引入控制子區的概念，具體操作如下。

按實際情況以有軌電車停靠站為節點，將被控干線細分為若干控制子區［9］(見圖6);在每個控制子區內，通過子區內信號參數協調優化以及有軌電車速度誘導，形成多個道口的“綠波”控制;發揮有軌電車停站調節優化功能，實時協調控制子區間的綠波信號。

圖6 有軌電車控制分區Fig.6 Control divisions if tram train

4.2 基于“綠波”相對優先

為了解決人工駕駛及地面環境的復雜性所帶來的列車實際運行與設定運行圖誤差較大的情況，在基于社會車輛“綠波”的有軌電車“綠波”基礎上，實行相對優先，更好地實現有軌電車“綠波”通行［10］，具體操作如下。

1)延長綠燈時間策略:當有軌電車在綠燈即將結束的時刻到達交叉口時，延長本相位綠燈的時間，以保證有軌電車能夠順利通過交叉口;

2)縮短紅燈時間策略:當有軌電車在紅燈時刻到達交叉口時，縮短目前相位紅燈的時間，使下一個綠燈相位提前實現有軌電車相對優先;

3)插入有軌相位策略:當有軌電車在紅燈時刻到達交叉口時，等待綠燈啟亮還有一段時間，可插入一個特殊的有軌電車相位，當有軌電車通過后再恢復到原有相位。

4.3 實現綠波效益

1)改善有軌電車運行環境，減少平交道口延誤，提升旅行速度，縮短運行周期，提高運能和準點率。類比侖頭線，采用綠波通行和正常運行情況，使有軌電車周期減少2 min 18 s(僅3個平交道口)。

2)實現平交道口不停車連續通過，減少因列車制動停車到加速啟動的能耗浪費，提高了能耗效率。

3)避免因列車停車再啟動通過平交道口，減少有軌電車通過平交道口的時間，降低了有軌電車對社會車輛延誤的影響。

4)實現社會交通“綠波”的基礎上采用有軌電車“綠波”交通，優化了社會交通，減小了社會車輛延誤影響，提升了效率，并改善了環境［11］。

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(編輯:王艷菊)

Methods to Achieve"Green"Traffic for Modern Tram s

LIU Kehu，SU Yajun，SU Jun
(Guangzhou Tram Operations Management Co.，Ltd.，Guangzhou 510000)

Themodern streetcar，as a"new"vehicle，is different from themetro which has the separate operation space of its own.The linesof themodern streetcar are often associated w ith road traffic crossing，and the traffic demands often conflict.By modeling and calculations，the appropriate intersection signal cycle and the green ratio retardation is set，and the running schedule of trams is drawn，to achieve accommodation between the tram and the road traffic.Bymeans of signal communication technology in tram operation，the green wave for the road vehicle and the tram can be achieved to improve the travel speed，operational efficiency and transport capacity of the tram，and increase its punctuality rate and fulfillmen trates.

modern trams;green wave;running schedule;signal tim ing

U482.1

A

1672- 6073(2017)02- 0120- 05

10.3969/j.issn.1672 6073.2017.02.024

2016- 03 30

2017 02 14

劉克虎，男，本科，工程師，主要從事有軌電車方面的研究，liukehu@gzm tr.com

圖2納入綠波的路口簡化圖

ig.2 Simplified graph for intersection with"Green"wave