現(xiàn)代有軌電車路口信號的相位控制策略

譚庭浪

(廣州有軌電車有限責(zé)任公司，510000，廣州//工程師)

公交優(yōu)先是交通管理中體現(xiàn)大眾優(yōu)先的一種政策，從優(yōu)化交通流分配、節(jié)省整體出行時間的角度來看，其是交通信號相位控制必須考慮的問題。現(xiàn)代有軌電車作為城市公共交通的一種方式，其運行的準時性、舒適性及安全性比傳統(tǒng)公共交通要求更高。若不在平交路口的交通信號管理中配以相應(yīng)的優(yōu)先控制策略，則現(xiàn)代有軌電車的作用將得不到充分發(fā)揮。

安全、高效的平交路口信號控制系統(tǒng)對于在不影響其它社會車輛通行的前提下提升現(xiàn)代有軌電車運能、保障交通安全方面有著至關(guān)重要的作用。因此，研究半封閉路權(quán)的平交路口現(xiàn)代有軌電車信號相位控制策略，有利于城市道路交通的組織。

1 平交路口

平交路口是城市道路交通的瓶頸地帶，由此匯集通過的機動車、非機動車及行人方向各不相同，存在大量的干擾與沖突。現(xiàn)代有軌電車經(jīng)過復(fù)雜的平交路口多以共享路權(quán)為主，存在較大的運營安全風(fēng)險。

對現(xiàn)代有軌電車而言，平交路口通常可以分為路中直行、路側(cè)直行、路中轉(zhuǎn)路中和路中轉(zhuǎn)路側(cè)等四種類型。路口的現(xiàn)代有軌電車通行方式如圖1所示。現(xiàn)代有軌電車所經(jīng)過的平交路口類型在很大程度上決定著信號相位控制策略的選擇。

圖1 平交路口類型

2 路權(quán)形式

可供現(xiàn)代有軌電車選擇的路權(quán)形式主要有全封閉路權(quán)、半封閉路權(quán)和共享路權(quán)。現(xiàn)代有軌電車作為某個城市公共交通的一種新型方式，路權(quán)形式的選擇要綜合考慮城市公共交通需求、城市道路布局及與其他交通方式的融合。

(1) 全封閉路權(quán)形式。現(xiàn)代有軌電車線路與其它交通方式完全隔離，不受干擾，具有完全獨立的路權(quán)。采用全封閉路權(quán)的形式，可保證現(xiàn)代有軌電車的運行速度處在較高水平，可提高運行快捷性、安全性及舒適度。

(2) 半封閉路權(quán)形式。現(xiàn)代有軌電車線路采用地面敷設(shè)方式，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)簡單、經(jīng)濟、便捷，對其它交通方式影響小，與城市道路布局結(jié)合好，既能充分發(fā)揮現(xiàn)代有軌電車的優(yōu)勢，又能兼顧其它道路車輛通行，投資相對節(jié)約。

(3) 共享路權(quán)形式。現(xiàn)代有軌電車線路不實行物理上的封閉，與路面交通混合行駛，在交叉路口遵循道路交通信號或享有一定的優(yōu)先權(quán)。

現(xiàn)代有軌電車建設(shè)較多采用半封閉路權(quán)，在平交路口路段共享路權(quán)，其它路段獨享路權(quán)。本文論述的信號優(yōu)先策略主要適用于半封閉路權(quán)方式。

3 相位控制策略

信號相位控制策略主要針對半封閉的路權(quán)形式，通過對平交路口交通信號相位控制策略的優(yōu)化設(shè)計，在減少現(xiàn)代有軌電車對社會車輛干擾的同時，實現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車必要的信號優(yōu)先權(quán)，以提高現(xiàn)代有軌電車的通行效率。相位控制策略主要分為傳統(tǒng)定時、延長綠時、提前換相及插入相位等四個子策略。

(1)傳統(tǒng)定時策略。在傳統(tǒng)定時控制策略下，若現(xiàn)代有軌電車在軌道方向綠燈即將結(jié)束時接近路口，由于系統(tǒng)按定時控制計劃進行相位切換，電車將被阻止通過該路口；或者相位切換恰好發(fā)生在電車部分通過路口的時刻，電車也會被阻止通行。此時電車停車，等待軌道方向綠燈信號開放。此策略適用于共享路權(quán)形式。

(2)延長綠時策略。當(dāng)系統(tǒng)檢測到現(xiàn)代有軌電車在軌道方向綠燈末期到達，且正常信號時長下無法完全通過平交路口時，延長該方向的綠燈信號時間放行現(xiàn)代有軌電車，避免其停車等待綠燈信號開放。綠時延長量根據(jù)電車的長度、定位及通行時間動態(tài)調(diào)整，滿足電車安全通過路口的要求。

(3)提前換相策略。系統(tǒng)檢測到現(xiàn)代有軌電車在軌道方向紅燈相位到達時，若系統(tǒng)檢測機動車道上的社會車輛到達率較低，為減少現(xiàn)代有軌電車停車等待綠燈開放的時間，可以提前結(jié)束現(xiàn)代有軌電車沖突方向的綠燈相位，開放現(xiàn)代有軌電車綠燈相位，讓現(xiàn)代有軌電車得以提前通過平交路口；若系統(tǒng)檢測機動車道上的社會車輛到達率較高，為減少社會車輛排隊等待時間，則不執(zhí)行提前換相策略。

(4)插入相位策略。當(dāng)檢測到現(xiàn)代有軌電車在紅燈相位到達時，系統(tǒng)在當(dāng)前相位插入現(xiàn)代有軌電車綠燈相位，保證現(xiàn)代有軌電車的通行，避免紅燈停車等待時間。插入相位策略相對簡單，系統(tǒng)不需考慮機動車道上的社會車輛到達率及延誤情況，但對社會車輛影響較大。此種策略適用于道路交通流不繁忙的絕對優(yōu)先權(quán)方式。

4 實例分析

以廣州現(xiàn)代有軌電車新港東路平交路口為例作分析。該路口采用路中轉(zhuǎn)路側(cè)的平交類型，其流向示意圖如圖2所示。為簡化計算，不考慮行人和非機動車的影響，所有車流的設(shè)計飽和流量均為1 000 pcu/h(pcu指折算標準車)。

圖2 新港東路平交路口流向示意圖

現(xiàn)代有軌電車、公交車輛折算為小汽車當(dāng)量的折算系數(shù)分別為f=5、f=2，小汽車、公交車及現(xiàn)代有軌電車的平均載客分別為PC=3人/車、PB=30人/車及PT=190人/車。各股車流的車輛到達率、客流量及流量比如表1所示。其中，B車道無公交車及現(xiàn)代有軌電車通行；A車道無現(xiàn)代有軌電車通行；C、D車道為現(xiàn)代有軌電車專用道，無社會車輛通行。現(xiàn)代有軌電車行車間隔為6 min。

表1 平交路口各流向基本數(shù)據(jù)

根據(jù)一般信號控制平交路口相位設(shè)計原則，該路口采用如圖3所示的相位設(shè)計方案。社會車輛A、B車道使用相位1，現(xiàn)代有軌電車上下行方向使用相位2，A1、B方向與現(xiàn)代有軌電車的C、D方向相位沖突。

圖3 相位設(shè)計方案

根據(jù)韋伯斯特定時信號停車延誤公式:

式中:

d——每輛車的平均延誤；

q——車輛到達率；

C——周期時長；

λ——考察相位的綠信比；

y——流量比,y=q/s(s為設(shè)計飽和流量)；

x——飽和度。

由上式可求出各相位中各個流向的車均延誤。為便于計算，不計延誤公式第3項對延誤的影響，則1個周期內(nèi)整個平交路口社會車輛的車均延誤為2.79 s，現(xiàn)代有軌電車的車均延誤為13.95 s。

各相位方向的人均延誤目標函數(shù)為:

式中:

Dp——人均延誤量；

V1，V2，V3——分別為小車、公交車、現(xiàn)代有軌電車流量；

α1，α2，α3——分別為小車、公交車、現(xiàn)代有軌電車平均載客量；

d1，d2，d3——分別為小車、公交車、現(xiàn)代有軌電車平均延誤。

根據(jù)上式計算可得社會車輛方向相位1的人均延誤為3.40 s，現(xiàn)代有軌電車方向相位2的人均延誤為13.95 s。

由此可見，在傳統(tǒng)定時策略方式中，現(xiàn)代有軌電車與社會車輛的平均延誤相比，車均延誤多11.16 s，人均延誤多10.55 s。為提高現(xiàn)代有軌電車的通行效率及舒適度，宜在該平交路口的相位設(shè)置中采用插入相位的策略，減少現(xiàn)代有軌電車乘客的時間延誤。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)定時控制策略對現(xiàn)代有軌電車不設(shè)置優(yōu)先通行權(quán)，適用于交通流繁忙地段，避免對社會交通產(chǎn)生影響；延長綠時或提前換相策略給予現(xiàn)代有軌電車信號相對優(yōu)先的同時，也減少對社會交通的影響；插入相位策略對現(xiàn)代有軌電車的優(yōu)先效果最佳，但對社會交通的影響最大(尤其是既有社會交通車流量較大的路口)，適合在交通流較小的平交路口使用，可提高現(xiàn)代有軌電車的通行效率。為充分提高路口資源的利用率，平交路口信號相位應(yīng)結(jié)合路口特點及車流量，合理選擇相應(yīng)的優(yōu)先控制策略。