有軌電車平交路口優(yōu)先信號觸發(fā)區(qū)域與時機(jī)的研究

鄧嘉成

廣州有軌電車有限責(zé)任公司，廣東廣州 510220

1 有軌電車優(yōu)先控制方式選擇

現(xiàn)代有軌電車在平交路口的優(yōu)先方式有許多種，大致可分為以下幾類[1-3]：

（1）在道路等級低、交通流量少的城市支路一般采用絕對優(yōu)先策略，有軌電車到達(dá)時采用插入電車專用相位或跳轉(zhuǎn)電車專用相位的方式，實現(xiàn)有軌電車優(yōu)先通過。

（2）在一些次干道上通常運(yùn)用相對優(yōu)先和絕對優(yōu)先或兩者相結(jié)合的策略。如紅燈早斷：在有軌電車到達(dá)時刻若不處于有軌電車通行相位，則縮短有軌電車之前的相位時間。綠燈延長：若有軌電車到達(dá)時刻處于有軌電車通行相位，則將此相位綠燈時間延長至有軌電車通過。

（3）在主干道上通常采用相對優(yōu)先或者是不優(yōu)先的策略，減少對社會車輛的影響。

2 優(yōu)先觸發(fā)原理介紹

觸發(fā)有軌電車路口優(yōu)先的方式有很多種，以下提出一種依靠列車自身定位系統(tǒng)以及車-地（路口控制器）通信實現(xiàn)觸發(fā)優(yōu)先的方式[4-5]。其原理過程圖如圖1所示。

圖1 車載自動觸發(fā)路口優(yōu)先原理示意圖

（1）列車通過GPS定位系統(tǒng)、信標(biāo)、列車測速等組合方式進(jìn)行列車定位，與自身加載的線路數(shù)據(jù)庫對比，確認(rèn)自身處于接近/離去區(qū)段[6]。

（2）列車向有軌電車路口控制器發(fā)送接近/離去信息。

（3）有軌電車路口控制器向交通信號控制器發(fā)送信號優(yōu)先/信號關(guān)閉請求。

（4）交通信號控制器根據(jù)約定好的優(yōu)先規(guī)則對有軌電車信號燈進(jìn)行開放/關(guān)閉。

有軌電車路口控制器信號的控制邏輯為：得到接近請求命令后吸起繼電器，得到離去請求信號后，落下繼電器。如果后續(xù)來車給出信號優(yōu)先請求時，路口控制器繼電器還未落下，則屏蔽前序車輛的離去信號，保持繼電器吸起直到后續(xù)電車給出離去信號才落下繼電器。

3 絕對優(yōu)先下接近觸發(fā)區(qū)域布置的選擇

實行插入相位或跳轉(zhuǎn)相位，存在相位轉(zhuǎn)換的等待時間問題。合理優(yōu)化等待時間，是提高有軌電車、社會車輛通行效率的有效方法，以下提出一種布置有軌電車觸發(fā)優(yōu)先區(qū)域的思考。

在廣州有軌電車海珠試驗段新港東路口處，社會車輛相位的結(jié)束需要經(jīng)過9s綠燈倒計時，有軌電車相位的結(jié)束需要經(jīng)過3s綠燈倒計時，黃閃時間均為3s。

在此討論兩種跳轉(zhuǎn)到有軌電車相位需要等待的時長情況。

正常情況下，從電車發(fā)送優(yōu)先信號，到跳轉(zhuǎn)至有軌電車相位，需要（9+3）s的相位轉(zhuǎn)換時間（或者更少），記此過程為有軌電車正常等待時間Tnormal。

“最壞情況下”，如果有軌電車信號剛開始綠燈結(jié)束倒計時，此時又一輛電車觸發(fā)接近，則從電車發(fā)送優(yōu)先信號，到跳轉(zhuǎn)至有軌電車相位，需要（3+3+9+3）s的轉(zhuǎn)換時間，記此為最長等待時間Tmax。轉(zhuǎn)換過程示意圖如圖2所示。

圖2 “最壞情況下”相位轉(zhuǎn)換示意圖

廣州海珠試驗段有軌電車在新港東路口觸發(fā)優(yōu)先后的最長等待時間為Tmax=9+3+3+3=18s，正常等待時間為Tnormal=9+3=12s。

有軌電車定員荷載下平均減速能力約為a=-1.1m/s2。有軌電車接近區(qū)域附近的線路限速為30km/h（8.33m/s）,通過路口的限速是19km/h（5.27m/s）。那么，根據(jù)，減速距離大約為19m，從30km/h減至19km/h則需要約3s。

正常觸發(fā)情況下（司機(jī)到達(dá)接近區(qū)域觸發(fā)紅燈12s倒數(shù)）。

若司機(jī)先以約30km/h（8.33m/s）勻速行駛，到路口前19m處再減速至19km/h（5.27m/s），則：

S=8.33×(12-3)+19=8.33×9+19≈94m，此為12s內(nèi)能走過最長的路程。記為Smax(12)。記這種快到路口前才實施減速的駕駛方式為A類方式。

最長等待時間下（司機(jī)到達(dá)接近區(qū)域時刻恰處于有軌電車信號機(jī)綠燈倒計時，需要等18s后綠燈才能重新開放）。

若司機(jī)以A類方式駕駛，即先30km/h（8.33m/s）勻速行駛13s，到路口前約19m處再減速至19km/h（5.27m/s），則

S=8.33×(18-3)+19≈144m，此為18s內(nèi)能走過最長的路程。記為Smax(18)。

若司機(jī)見到綠燈倒計時后反應(yīng)1s，開始減速至19km/h（5.27m/s），再勻速行駛至路口前，則：

S=1×8.33+19+(18-3-1)×5.27=8.33+19+14×5.27≈101m，此為18s內(nèi)走過最少的路程。記為Smin(18)。并記這種在觸發(fā)優(yōu)先后立即實施減速的行駛方式為B類駕駛方式。

因此，廣州有軌海珠試驗段將接近區(qū)域配置在距離路口停止線約100m處。如果新港東路口經(jīng)過調(diào)整，有軌電車綠燈倒計時為9s，社會車輛綠燈倒計時為9s，黃閃時間均為3s，則Tmax=9+3+9+3=24s。

以A類方式行駛，Smax(24)=(24-3)×8.33+19≈194m。此為“最壞情況下”，24s內(nèi)能走的最長距離。

以B類方式行駛，Smin(24)=1×8.33+19+（24-3-1）×5.27≈132m。此為“最壞情況下”，24s內(nèi)走的最短距離。

以A類方式行駛，Smax(12)=8.33×（12-3）+19=8.33x9+19≈94m。此為正常觸發(fā)，12s內(nèi)能走的最長距離。

為避免在“最壞情況下”，列車被迫降速至路口限速以下再啟動的情況，將接近區(qū)域配置在距離路口132m處。

由圖3以及上面的計算可知，將接近區(qū)域起點配置在距離路口132m的地方，正常情況下列車以A類方式行駛，12s末時刻距路口停止線的距離仍有約35m，將造成綠時浪費。

圖3 距路口停止線距離示意圖

4 結(jié)語

假設(shè)Tmax為有軌電車路口需等待的最長相位切換時間；Tnormal為有軌電車正常觸發(fā)情況下等待的相位切換時間；Snormal為正常情況下以A類駕駛方式走過的距離；S1為最壞情況下以B類駕駛方式走過的距離；S2為最壞情況下以A類方式走過的距離。V線路限速為有軌電車在觸發(fā)接近區(qū)域的線路限速；V路口限速為有軌電車通過路口的限速；Sd為有軌電車從V線路限速減速至V路口限速所需行駛的距離，Td為V線路限速減速到V路口限速所需的時間，Sd、Td與有軌電車的平均減速度、線路限速等有關(guān)。T反應(yīng)為司機(jī)反應(yīng)時間，記為1s。記距離路口停止線處Sm的點為布置接近觸發(fā)的理想位置。

考慮正常情況也是多數(shù)情況下有軌電車的運(yùn)行效率問題，需要S≈Snormal。但是為確保有軌電車在“最壞情況下”不至于降速至路口限速以下再啟動，需要S≥S1。為了避免正常觸發(fā)情況下浪費過多的綠燈時間，令綜合以上，

根據(jù)計算公式知，Snormal、S1與線路限速、列車制動減速度、平交路口限制速度等有關(guān)，因線路限速、路口限速、列車制動減速度不易調(diào)整，可以通過調(diào)整修改有軌電車倒數(shù)時間來調(diào)整Tmax，從而調(diào)整S1，使S趨近于Snormal。通過這樣布置觸發(fā)接近區(qū)域點，保證了有軌電車觸發(fā)優(yōu)先后，“最壞情況下”在路口前不至于降速至路口限速以下甚至停車后再啟動，也避免了正常觸發(fā)情況下，浪費過多綠時。