現代有軌電車交叉口信號優先控制研究

嚴洋麗 史瑜玲 周志鵬 謝莊臣

摘 要：運用先進的信息化技術與管理手段提升運營安全與效率，是推動現代新型有軌電車在城市交通系統中應用與發展的重要環節。以交叉口車輛運行總延誤為優化目標，設計有軌電車在單個交叉口的半感應式信號優先控制策略，以某實際交叉口為例，制定合理的信號優先配時參數，既可提高有軌電車通行效率，也可確保對其他社會車輛的影響控制在合理范圍。

關鍵詞：新型有軌電車 信號優先 綠燈延長 紅燈切斷

中圖分類號：U491.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（a）-0040-03

作為一種中低運量的新型城市軌道交通工具，現代有軌電車具有安全、環保、快速、舒適等特點。但由于其軌道直接敷設于道路路面，有軌電車運行具有完全獨立、半獨立和混合3種不同的路權形式。根據延誤計算及影響的相關研究，有軌電車在路段上的運行延誤遠小于在交叉口處的延誤，因此，針對有軌電車運行優化的關注之一在于通過設計與實施合理的交叉口信號優先策略提升其在交叉口處的運行效率。

1 交叉口處有軌電車信號優先控制策略

1.1 有軌電車信號優先控制策略

根據優先控制邏輯與實現方法不同，有軌電車信號優先控制策略包括被動優先和主動優先[1]。

1.1.1 被動優先

被動優先采用固定信號配時，根據有軌電車實際運行數據（如發車間隔、行車速度、停站時間等），協調設計沿線各個交叉口的信號配時，降低有軌電車的停車延誤。被動優先控制策略比較適合在交通量小、乘客出行穩定、有軌電車發車頻率高的線路上實施。

1.1.2 主動優先

主動優先通常采用感應或半感應信號配時，通過檢測器探測并計算有軌電車到達路口的時間信息，系統判斷實施綠燈延長、提前或相位插入等信號優先控制方案，繼而達到降低有軌電車停車延誤的效果。根據優先條件，主動優先可分為絕對優先與相對優先。前者通過信號配時或相位調整保證有軌電車在任何情況下都能夠不停車通過交叉口；后者則考慮信號相位及其他車輛的效益后綜合決策信號優先。

相對優先信號控制實現方式包括綠燈延長、紅燈切斷、相位反轉、插入相位等。由于綠燈提前和紅燈切斷操作簡單，優先效果突出，在實際中應用較為普遍；而其他優先方式會打亂原有信號配時，給出行者造成困惑，給非優先相位帶來較大延誤。因此，本文對有軌電車信號優先的綠燈延長與紅燈切斷方案進行設計分析。

1.2 信號優先下的交叉口延誤分析方法

借助韋伯斯特圖解法求解有軌電車信號優先控制下的交叉口延誤效益，基本思路如圖1所示。

在圖1中，橫坐標t為時間，縱坐標Q為車輛數，C為交叉口信號周期（s），G為某相位綠燈時間（s），R為某相位紅燈時間（s）。根據車輛到達率q（輛/s）和離開率s不同（輛/s），某相位車輛在交叉口的延誤d（輛/s）為圖中陰影部分，計算公式為[2]：

在實施有軌電車信號優先控制的交叉口，根據每個周期各個相位的實際信號配時及車流率數據，運用上述方法即可求得有軌電車及社會車輛的運行延誤。

2 交叉口有軌電車信號優先控制邏輯

2.1 交叉口有軌電車信號優先控制流程

選擇經典的三相位十字交叉口（如圖2所示）介紹有軌電車信號優先控制設計邏輯。

利用檢測器實時檢測有軌電車的到達情況，假設T時刻檢測到有軌電車到來，計算有軌電車到達停車線時的信號顯示情況，繼而實施相應的信號優先調整。具體控制流程圖如圖3所示。

2.2 綠燈延長控制子流程

當檢測到有軌電車到達時為其所在相位綠燈顯示，但剩余綠燈時長卻無法保證有軌電車通過交叉口時，根據交叉口系統總延誤效益分析，判定是否延長綠燈時間給予有軌電車優先通行權。控制邏輯如圖4所示，其中，T1為有軌電車所在相位綠燈結束時刻，T0為系統延誤效益分析的臨界時刻。

2.3 紅燈切斷控制邏輯

當檢測到有軌電車到達時為其前一相位綠燈顯示，根據當前相位綠燈最小時長及交叉口系統總延誤效益分析，判定是否提前切斷該相位紅燈給予有軌電車優先通行權。控制邏輯如圖5所示，同樣，T0為系統延誤效益分析的臨界時刻。

3 實例應用

以上海松江區新松江路與濱湖路交叉口為例（如圖6所示），在建設中央式有軌電車后，結合各方向車流量數據，重新設計該交叉口信號配時方案，如圖7所示。

假設有軌電車平均載客量為300人/輛，社會車輛為3人/輛，根據本文所提出有軌電車信號優先控制方法，計算該交叉口實施綠燈延長、紅燈切斷的信號優先方案時，系統延誤效益的臨界時刻T0分別為17s、4s，即最大綠燈延長時間、最大紅燈切斷時長。

4 結語

以交叉口延誤效益為優化目標，設計有軌電車信號優先控制邏輯，并以上海松江某實際交叉口為例進行配時設計與計算，給出該交叉口最大綠燈延長時間和最大紅燈切斷時長，在有軌電車優先通行時盡可能不損害其他社會車輛的運行效益。

參考文獻

[1] 陳軍.公交信號優先控制及其在BRT中的應用[D].長沙：中南大學，2009.

[2] 袁振洲，魏麗英，谷遠利，等.城市交通管理與控制[M].北京：北京交通大學出版社，2013.