有軌電車平交路口優先信號觸發區域與時機的研究

鄧嘉成

廣州有軌電車有限責任公司，廣東廣州 510220

1 有軌電車優先控制方式選擇

現代有軌電車在平交路口的優先方式有許多種，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先策略，有軌電車到達時采用插入電車專用相位或跳轉電車專用相位的方式，實現有軌電車優先通過。

（2）在一些次干道上通常運用相對優先和絕對優先或兩者相結合的策略。如紅燈早斷：在有軌電車到達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先或者是不優先的策略，減少對社會車輛的影響。

2 優先觸發原理介紹

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

圖1 車載自動觸發路口優先原理示意圖

（1）列車通過GPS定位系統、信標、列車測速等組合方式進行列車定位，與自身加載的線路數據庫對比，確認自身處于接近/離去區段[6]。

（2）列車向有軌電車路口控制器發送接近/離去信息。

（3）有軌電車路口控制器向交通信號控制器發送信號優先/信號關閉請求。

（4）交通信號控制器根據約定好的優先規則對有軌電車信號燈進行開放/關閉。

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。如果后續來車給出信號優先請求時，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電車給出離去信號才落下繼電器。

3 絕對優先下接近觸發區域布置的選擇

實行插入相位或跳轉相位，存在相位轉換的等待時間問題。合理優化等待時間，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優先區域的思考。

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

在此討論兩種跳轉到有軌電車相位需要等待的時長情況。

正常情況下，從電車發送優先信號，到跳轉至有軌電車相位，需要（9+3）s的相位轉換時間（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束倒計時，此時又一輛電車觸發接近，則從電車發送優先信號，到跳轉至有軌電車相位，需要（3+3+9+3）s的轉換時間，記此為最長等待時間Tmax。轉換過程示意圖如圖2所示。

圖2 “最壞情況下”相位轉換示意圖

廣州海珠試驗段有軌電車在新港東路口觸發優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，減速距離大約為19m，從30km/h減至19km/h則需要約3s。

正常觸發情況下（司機到達接近區域觸發紅燈12s倒數）。

若司機先以約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（司機到達接近區域時刻恰處于有軌電車信號機綠燈倒計時，需要等18s后綠燈才能重新開放）。

若司機以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內能走過最長的路程。記為Smax(18)。

若司機見到綠燈倒計時后反應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內走過最少的路程。記為Smin(18)。并記這種在觸發優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域配置在距離路口停止線約100m處。如果新港東路口經過調整，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，12s內能走的最長距離。

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 結語

假設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接近區域的線路限速；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。T反應為司機反應時間，記為1s。記距離路口停止線處Sm的點為布置接近觸發的理想位置。

考慮正常情況也是多數情況下有軌電車的運行效率問題，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。為了避免正常觸發情況下浪費過多的綠燈時間，令綜合以上，

根據計算公式知，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，因線路限速、路口限速、列車制動減速度不易調整，可以通過調整修改有軌電車倒數時間來調整Tmax，從而調整S1，使S趨近于Snormal。通過這樣布置觸發接近區域點，保證了有軌電車觸發優先后，“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，也避免了正常觸發情況下，浪費過多綠時。