有軌電車專有信號燈的設計與控制方法探析

毛昱+歐冬秀

摘 要：隨著城市交通問題的加劇，有軌電車以其優勢被很多城市列入規劃議案。相比法國等歐洲國家，我國有軌電車的工程設計尚處于起步階段。文章從設置有軌電車專有信號燈的必要性展開分析。重點分析了有軌電車專有信號燈燈組的設計方法，基本功能，控制原理與方法，為有軌電車的工程設計提供了一定的參考。

關鍵詞：有軌電車；專有信號燈；控制設計

中圖分類號：U482.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0086-02、

有軌電車是一種近年來較流行的新型公共交通系統之一，由于其綠色環保，運量較大，投資較低等特點，最近在中國很多城市都建成線路或納入了項目規劃議程。

對于半獨立路權的有軌電車，其在路段享有獨立路權的車道，但在路口與普通社會車輛共用路權[1]，其信號控制是有軌電車項目的研究熱點。尤其是在實施有軌電車信號優先策略下，信號燈的協調控制。

在國外，例如法國的有軌電車系統幾乎都設置了專有信號燈控制系統，并有詳細的技術指南。而國內尚無相關的規范標準，所以有必要借鑒和探討有軌電車專有信號的設計方法。

1 設置有軌電車專有信號燈的必要性

由于有軌電車系統自身的技術特點，在交叉口依靠道路交通的信號燈行駛會降低整個系統的效率和安全性。因此有必要設置專用信號燈，具體原因如下：

（1）道路交通信號燈在不同的路口會有不同的布置方法，有軌電車在交叉口間為一個封閉地系統，有軌電車駕駛員若在交叉口觀測設計給道路交通的信號燈會可能需要轉移一定角度的水平或垂直視線，而有軌電車專有信號燈可以放置于正前方的標準高度上，可以提高駕駛員的效率。

（2）由于有軌電車的技術指標與機動車不同，其綠燈間隔時間，黃燈時間燈參數甚至相位都會與同方向的機動車流不同，例如，有軌電車需要更長的清空時間。如果使用原有的道路交通信號燈，則會出現信號配時參數選擇的混亂。因此，對有軌電車這一特殊的交通流進行單獨的信號控制，可以實現對交通流有針對性的精細控制。

（3）在很多情況下，有軌電車與機動車的沖突控制與機動車與機動車的沖突控制不一致。最典型的例子就是有軌電車通行時，不允許開放與其沖突的左轉車流的綠燈相位。若原本的道路交通信號控制中沒有區分直行與左轉的單獨相位，則使用原有的道路交通信號控制則難以到達控制條件。

（4）從系統性質上來說，有軌電車系統介于鐵路系統和道路系統之間，因此，在某些路段可以會用到鐵路系統的閉塞控制，道岔控制。這些鐵路系統信號燈的控制信號難以與道路交通信號相融合。有軌電車控制中心也可以在必要情況下獨立控制專有信號燈。

2 有軌電車專有信號燈的燈組配置方法

根據國際公共交通聯盟（UITP）推薦的信號燈設置，有軌電車信號燈由三個顯示燈[2]表達，其設計原理類同于道路交通的紅黃綠三色信號燈，但表達卻與道路交通信號燈形式完全不同。其僅僅使用黑白兩色的顯示，且使用橫條豎條來表示通行與禁止通行。這樣設計是主要考慮到，該信號燈安置在普通道路中，而有軌電車信號燈會普通信號燈處于不一致的相位，不應該讓小汽車駕駛員與普通道路信號燈混淆。該信號燈獨立給有軌電車駕駛員提供信號，駕駛員可以通過系統的培訓有效了解其規則。其信號燈的相位主要有以下四個表示。

a.禁止通行信號

最上方的水平信號亮起表示禁止通行，在大多數情況，即設有有軌電車檢測的路口，該信號在檢測器沒有檢測到有軌電車時都顯示為該信號，在該相位下，有軌電車駕駛員需要停止在停車線前，等待信號燈的轉變。

b.通行信號

最下面的豎條燈亮時表示有軌電車可以通過交叉口，與有軌電車沖突的機動車流正處于紅燈。

c.通行信號末期過渡信號

中間的實心圓為有軌電車過渡信號，過渡信號，該信號表示禁止通行信號即將亮起，車輛應該做出停車的操作指令。除非該過渡信號亮起時，有軌電車已經接近停車線，無法安全制動，則可以通過交叉口。由于該過渡信號需要一定的決策時間，駕駛者需要在停車和繼續行駛之間做出選擇。如果需要停止則需要保證駕駛員有足夠的時間提前量來剎車。

d.禁止通行信號末期過渡信號

當最上方的水平信號與中間的實心圓同時亮起時該過渡信號一般為1～2秒，主要用于給駕駛人一個動態的信號燈轉變過程，使得有軌電車駕駛人可以提前確認信號燈即將轉變。

除此之外，該信號燈還可以用中間小黃點的閃爍來表示信號燈控制系統有故障，此時有軌電車應該依靠目視行車，以10m/s以下的速度通過交叉口。

在城市道路平交交叉口的條件下，以上四個相位的相位轉移應遵循以下順序，如圖2所示。

3 有軌電車專有信號的控制方法

由于有軌電車信號控制系統與道路交通系統具有差異性，其在交叉口交通流協調方面又具有共同性。如何協調好分屬于兩個不同交通系統的信號燈控制，使得有軌電車專有信號燈與原有的道路交通信號燈系統相配合，對交通流的穩定和安全尤為重要。

如圖3所示為一個簡單的道路交通信號燈與有軌電車信號燈的信息交互與協調控制組織圖。左邊為道路交通控制系統，右邊為有軌電車信號控制系統。有軌電車檢測器將有軌電車位置信息傳遞給有軌電車信號燈控制單元，信號燈控制單元通過預先設置好的相應算法進行控制的預處理，同時，道路交通檢測單元也按照原有的檢測流程將信息傳遞給道路交通信號燈控制單元。[4]若有軌電車的信號燈控制單元有對路口信號的請求，例如優先請求，有軌電車信號燈的控制單元與道路信號燈的控制單元通過通信接口將信息互相交互，從而啟動信號控制系統的優先算法，將控制信息再傳遞給有軌電車信號燈控制單元。同樣的，道路交通信號燈對每個相位的啟動與結束指令也會通過該接口提前通知給有軌電車信號燈控制單元，從而使得有軌電車信號燈可以執行相應的路口信號控制算法。

有軌電車相比于常規車輛在車輛特性與運行特征等方面存在差，主要表現在如下兩點。第一，有軌電車車輛長度較長，因此需要更長的行駛時間通過交叉口。第二，有軌電車在一般運行狀態下，其加減速度與制動速度較小，因此需要更長的啟動時間和制動時間。

正是由于存在上述的一些差異與區別，當有軌電車融入到城市交通系統中時，為了保障有軌電車安全、有效的運行，需要對常規信號配時中的參數做重新配置。由于有軌電車的車長較長。因此，較一般社會車輛，有軌電車需要更長的時間通過交叉口。如果有軌電車專有信號燈的通行相位的切斷時間與普通車輛一致，那么會發生社會車輛在交叉口已清空后有軌電車依然滯留在交叉口的情景。因此，應該提前控制有軌電車的綠燈相位，即有軌電車需要更早地切斷其綠燈相位。相比普通小汽車的減速度在4m/s2左右，有軌電車1.2m/s2的減速度需要更長的過渡信號以保證有軌電車司機能對信號燈做出反應來保證安全。

4 結論及建議

設置有軌電車專用信號燈對有軌電車的運行控制有重要意義，其獨立的控制在保證有軌電車運行穩定的同時，也解決了有軌電車性能參數與普通小汽車的不同，需要單獨控制的問題。與獨立路權的軌道交通不同，有軌電車系統往往是介入了本身及存在的道路交通系統中。有軌電車專有信號燈的設置對于有軌電車而言是一套專有的信號系統，但對于交通系統來說卻不能孤立的存在，安全高效的使得整個交通系統運行才是有軌電車專有信號燈設置的根本目的。

在中國有軌電車規劃建設的同時，設置有軌電車專用信號燈也要在借鑒其表象的同時，了解到信號燈的控制原理和方法。同時應結合中國的道路交通環境和經驗參數去調整好該專用信號的控制參數，并針對不同路口做出適用性的論證設計。

參考文獻：

[1]苗彩霞.現代有軌電車系統特點及應用前景[J].都市快軌交通，2013（03）：9-12.

[2]Muller， G.， Tramways-Advantages contraintes et exploitation. Techniques de L'ingenieur[M].2011.

[3]STRMTG， Signal d'Aide à la Conduite pour les réseaux de transports guidés type tramway ou assimilé[M].2009.

[4]歐冬秀.交通信息技術[M].上海：同濟大學出版社，2007.

[5]隋悅家.現代有軌電車及其車輛的發展[J].城市車輛，2001（05）：36-39.