現代有軌電車平交路口信號優先需求分析及蘇州有軌電車實踐方案

張繼光

（蘇州高新有軌電車有限公司，215011，蘇州//工程師）

現代有軌電車平交路口信號優先需求分析及蘇州有軌電車實踐方案

張繼光

（蘇州高新有軌電車有限公司，215011，蘇州//工程師）

現代有軌電車線路多沿地面敷設，與道路平面交叉。為提高有軌電車通行效率，應在平交路口給予有軌電車優先通行權。結合蘇州高新區有軌電車1號線的實際情況，分析并比較了有軌電車平交路口信號優先控制方案。詳細描述了實時交互式方案的設計。實時交互式方案的靈活性、適用性好、安全性高，其控制策略易調整，便于管理，能較好地滿足相關需求。

現代有軌電車；平交路口；信號優先；控制方案

在經濟發展比較迅速的二、三線城市，地鐵的建設受限于城市的規模及建設資金，無法在短期內實施。現代有軌電車作為介于地鐵與快速道路公交之間的公共交通，可以通過合理的線位設計，作為中型城市的骨干公共交通，以解決人們的出行問題，有效降低道路的交通壓力。有軌電車的建設周期短，資金投入少，更適合中小城市，故近年來在我國許多城市陸續開工建設。

與傳統地鐵不同，有軌電車線路在與社會道路的平交路口，與普通社會車輛共享路權。為保證有軌電車安全、高效通過平交路口，必須對有軌電車通行的平交路口信號系統進行特殊的設計。

1 基本功能需求分析

安全和效率是一切生產活動追求的目標，這對有軌電車來講也不例外。平交路口信號系統的整體設計也要先從這兩個方面入手。

首先，從安全方面來講，有軌電車雖為特殊車輛，但也參與路口交通，其安全需求與普通社會機動車輛、非機動車輛和行人是一致的。只有路口交通參與者都服從路口信號的“統一協調”，才能保證路口交通安全。這是路口信號系統設計的基本原則。但是，因為有軌電車車輛具有其殊性，其車體較重、制動減速度小、制動距離長、車輛長度較長，所以不宜與其他普通交通參與者采取完全相同的信號控制方案。本文以蘇州高新區有軌電車1號線車輛為例進行分析。該車輛基本技術參數見表1。

表1 蘇州高新區有軌電車1號線車輛基本技術參數

其次，從效率方面來講，有軌電車由于與社會道路平面交叉，故其平均旅行速度相對較低（國內全封閉地鐵線路平均旅行速度約為30～40 km/h，現代有軌電車平均旅行速度約為20～30 km/h）。在保證路口通行安全的前提下，應盡量給予有軌電車優先通行權，使其通過路口時不停車或減少等待時間，從而提高有軌電車平均旅行速度。

再次，有軌電車平交路口信號系統的整體設計還要考慮對其他路口交通參與者的影響。有軌電車發車密度較大時，對路口交通影響較大。如果把有軌電車當作路口交通的唯一核心，片面追求有軌電車的效率，勢必對路口的整體通行效率造成較大制約。

最后，有軌電車平交路口信號系統設計還需考慮設備本身的管理分界問題。眾所周知，普通交通路口交通信號控制設備（Traffic Signal Controller，TSC）的管理方為交警部門，而有軌電車專用路口信號控制設備（Tram Road Junction Controller，TRJC）的管理方一般為有軌電車的運營單位。雖然有軌電車平交路口的信號系統要把交通信號機和路口控制器整合在一起，但為了清晰管理分解，還是需要在設計階段盡可能劃清設備分界點。

2 信號控制方案分析

通過對歐洲現代有軌電車的路口信號優先控制系統的調研發現，歐洲的道路交通信號智能化程度較高（多為區域聯網、自適應型智能控制）。而歐洲有軌電車的平交路口大多相位較少（多為兩相位），相應的計算場景簡單、計算量小，利于對有軌電車的優先控制。所以，歐洲的現代有軌電車基本實現了絕對信號優先策略。我國有軌電車的平交路口大多為多相位路口。多相位的路口若要實現絕對信號優先策略，就要打破既有的路口交通信號放行順序，對“左轉待行”等傳統的路口交通組織設計也有影響，可能會降低路口整體的交通效率。所以，絕對信號優先方案并不適應我國大多數城市的交通現狀。

2.1 方案一

信號控制方案一為廣為人知的“綠波”方案。該方案是指在指定的交通線路上，當規定好路段的車速后，要求交通信號機根據路段距離，對目標車流所經過的各路口綠燈起始時間做相應的調整，以確保該車流到達每個路口時，正好遇到綠燈?！熬G波”比較適用于城市干線道路的單向交通控制，尤其適用于“潮汐交通”較為明顯的道路。雙向的“綠波”控制方案需要綜合考慮多種因素，適用條件較為苛刻，且在我國實際使用中一直沒有取得很好的效果，故目前應用范圍不大。

從某種程度上來講，雙線線路的有軌電車對路口信號控制的需求，類似于雙向的“綠波”方案控制需求。但也存在不少差異：有軌電車的線位不一定均為城市干線道路；有軌電車一般按照等間隔發車運營方式，不存在“潮汐交通”現象；有軌電車要在各個車站進行上下客作業，且時間并不完全可控。所以有軌電車無法和普通社會車輛一樣按照“綠波”方案規定的路段車速行駛。此外，由于“綠波”控制方案對于車流有一定的“整理”作用（即使車流按照信號周期進行分割），故此方案應用于有軌電車線路，會導致列車運行間隔不可控。而且，按照“綠波”方案進行控制，信號周期、相位差等參數的調整都會直接對電車運營造成較大影響，使后期管理協調工作量較大。這有悖于減少管理交叉的目標。

2.2 方案二

信號控制方案二是實時交互式方案。如果說“綠波”方案是靜態的，實時交互式方案就是動態的。簡而言之，方案二將有軌電車作為一種特殊車輛，其每次通過路口都給予特殊的信號處理。每當有軌電車通過路口時，都與路口信號控制系統建立通信，并請求優先；當車體全部出清路口后再中斷通信。

此方案的優點為：①靈活性、適用性較好，不會因交通信號機常用參數的修改而影響電車的運營；②控制策略易于調整，如采用相對優先策略，則可減小對路口交通的影響，使得電車自然融入整體路面交通；③由于信號控制系統與有軌電車建立了通信，可確保有軌電車完全出清路口后再轉換交通信號相位，保證了有軌電車在路口區域內的安全；④可根據功能要求進行結構設計，可做到設備相對獨立，便于劃分有軌電車運營單位與道路交通管理單位的管理界面。

由上述分析可以看出，實時交互式的路口信號優先方案較好地響應了有軌電車優先控制的功能需求，故較為適用。

3 交互式路口信號優先控制方案的設計及實踐

3.1 交互式路口優先控制方案的設計

方案設計包括系統架構設計、接口設計、設備布置設計等。

3.1.1 系統架構設計

采用交互式路口信號優先方案的系統架構如圖1所示。每個平交路口均應配置檢測設備、接口設備、控制設備和網絡設備。

3.1.2 接口設計

圖1 交互式路口信號優先方案系統架構

為使設備相對獨立、界面清晰，且使控制與被控制關系明確，故在每個有軌電車平交路口均設置TSC和TRJC。TRJC與TSC通過硬線直接連接來進行通信。TRJC將有軌電車接近、進入、占用和離開路口的狀態信息傳送給TSC，再由TSC做出相應的信號處理，從而實現信號優先。同時，TRJC與TSC均將路口狀態和控制信息通過網絡上傳至各自的控制中心。

有軌電車的檢測環線和專用信號燈均接入TRJC。因此，可將TRJC作為執行和采集設備，而邏輯控制仍由TSC負責。TRJC與TSC的連接硬線只傳輸電平開關信號。由于涉及安全，應采用繼電器電路，利用繼電器的電氣隔離特性來實現接口安全。根據功能要求，TRJC應向TSC傳輸有軌電車的預告、接近、路口占用和出清信號（且應區分方向），以及車輛健康狀態信號等；TSC應向TRJC傳輸允許有軌電車前行或禁止通過信號（且應區分方向），以及車輛健康狀態信號等。

每一列有軌電車都可能有兩個或以上的運行方向，而不同的運行方向意味著交通信號相位的不同。因此，當多條有軌電車線路在路口交叉時，路口信號優先控制系統必須要獲知每列有軌電車的運行方向。這種復雜情況的信息量巨大，故信號控制系統需具有大量硬線接口，或者應引入數據通信型接口。

當TRJC向TSC提出有軌電車信號優先的請求后，TSC會對請求信息進行處理、判斷，根據實際情況，盡量滿足有軌電車不停車通過。為減少對其他車輛的影響，信號優先控制系統宜采用“紅燈縮短、綠燈延長”的策略。在電車“接近預告”時，TSC對有軌電車預計到達路口的時間進行計算，并在有軌電車“接近路口”時將執行指令，通過接口電路輸出給TRJC。TRJC根據執行指令顯示有軌電車信號燈。

3.2 設備布置設計及實踐

（1）設備維護管理：按照設計方案，TSC由交警部門負責維護管理，TRJC由有軌電車運營管理單位負責維護管理。二者管理界面清晰，各負其責。

（2）設備選型：蘇州高新區有軌電車1號線路口電車專用信號燈采用“藍色”“白色”LED（發光二極管）信號燈。有軌電車檢測設備采用金屬感應環線（見圖2）。經過使用驗證，信號燈與金屬感應環線性能穩定，故障率低。

圖2 金屬感應環線

（3）設備布置設計：有軌電車“進入路口”和“離開路口”的檢測環線一般布置在停車線就近位置即可。有軌電車“接近路口”檢測環線的位置設置是設計的關鍵。該檢測環線距離路口的遠近直接決定了路口信號優先控制系統為有軌電車處理優先通行的用時。從直觀上評判，此用時越長，對有軌電車的優先控制就越有利。但如果“接近路口”檢測環線設置得距路口過遠，有軌電車會在此段因司機駕駛習慣的不同而導致運行時間相差較多。這非常不利于優先控制的參數設置。為解決這個矛盾，蘇州高新區有軌電車1號線不僅保留“接近路口”檢測環線，還設計了“接近預告”環線。根據有軌電車的運行速度數據，“接近路口”環線設置在距離路口停車線約150 m處。為盡可能延長控制系統對有軌電車優先通行的處理時間，“接近預告”環線設置較遠。根據經驗，推薦設置在距離路口400～500 m處（如具備條件，建議此環線采用虛擬環線，即采用列車定位作為請求點，便于后期根據使用情況靈活修改）。

4 結語

有軌電車運能主要受單車載客量、平均運行速度及發車間隔（運行間隔）等三方面因素的制約。有效提高有軌電車平均旅行速度的措施為提高有軌電車最高運行速度，以及減少運行中的非必要停車。

要提高有軌電車運行效率，除了優化路口信號控制系統的設計，還要選擇最優的有軌電車線位。如果有軌電車的線位是跟隨社會交通車流的主流向，且有軌電車運行的相位同時也是社會交通的主相位，則該相位的“綠信比”較高，那么顯而易見，有軌電車的優先通行也就更容易實現。所以說，線路規劃也會從很大程度上決定有軌電車的運能。

另外，現在許多城市交通的管理者把現代有軌電車視為“入侵者”。這種觀點無可厚非，畢竟有軌電車作為一種與普通社會車輛存在明顯差異的交通工具，要融入傳統的道路交通是需要過程的。歐洲多年的有軌電車運營經驗表明，這并非不能實現，而是要循序漸進，逐步成熟。所以，對于國內新建有軌電車的城市而言，初期應加強道路交通的秩序管理，加強安全宣傳，為有軌電車的初期運營提供大力的安全保障，實現從建設到載客運營的平穩過渡。

［1］ 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）：23.

［2］ 劉新平.新型有軌電車信號系統方案研究［J］.城市軌道交通研究，2012（5）：32.

［3］ 虞笑晨.德國現代有軌電車平交口信號優先［J］.城市道橋與防洪，2015（12）：8.

Analysis of Modern Tram Signal Priority Requirement and the Practice of Suzhou Tramway

ZHANG Jiguang

Modern tram lines are generally laid on the ground,making plain intersection with roads.To improve the traffic efficiency，the passing priority must be given to modern tram at intersections.Combined with Suzhou tramway Line 1 running in the High-tech Area，several control solutions for passing priority are compared.The design of real-time interactive scheme is described in detail，it features flexibility，good adaptability and safety，adjustable control strategy and manageability，therefore could meet different requirements.

modern tramway； plain intersection； signal priority；control solution

Author′s address Suzhou New District Tramway Co.，Ltd.，215001，Suzhou，China

U491.2+32∶U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.12.017

2017-03-30）