基于軟件模型的有軌電車路口優先研究

張立杰

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基于軟件模型的有軌電車路口優先研究

張立杰

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

通過軟件開發創建有軌電車運行環境中的多元素模型，包含三種路口形式、社會車輛、有軌電車、社會車輛信號燈和電車專用信號燈以及車道等，結合線路狀況，模擬仿真有軌電車的路口優先，從而確定項目工程設計階段和實施階段的路口設置及相位參數設置，為有軌電車項目設計提供了參考依據。

有軌電車；路口優先；運營仿真

0 引言

現代有軌電車不僅造價低、建設周期短而且單位能耗少、無污染、運輸能力大，逐漸被很多的城市所認可，因此在我國也呈現了整體發展的趨勢。廣州、南京、沈陽、蘇州、淮安和武漢等都已經開通了有軌電車線路，并將其積極納入到城市綜合交通規劃當中。

預計到2020年，有軌電車建設的線路將超過2500公里。在這樣一個迅猛發展的背景下，如何提高有軌電車運行和社會公共交通的和諧運行，對提高有軌電車的運營效率和實用性都非常重要，路口優先的好壞起到了決定性的作用[1-7]。但是在有軌電車工程項目初步設計階段，并沒有很好的方法去實際模擬有軌電車在經過路口的方式。結合新型有軌電車運營調度系統的研究項目，本文介紹了基于GUI模型的有軌電車路口優先軟件開發[1]。

1 項目需求

結合廣州海珠區有軌電車試驗段的線路情況[8]和廣州道路交通系統情況，針對不同的路口型式提出合理可行的路口優先方案，為有軌電車線路設計提供參考依據。

（1）針對有軌電車不同路口型式（T型、十字路口、Y型路口）、車站過軌等進行相位設計和相位優化。

（2）通過相位周期測算、有軌電車專用相位時間測算等，確定出適合典型路口的相位周期、優先原則和優先實施方案。

路口仿真軟件的用戶為軌道交通地鐵設計院或行業內專業公司，所提供的軟件既要能對運營場景進行準確評估，支持長時間仿真，同時也要具有一定的智能化水平，能夠對運行的情況進行一定程度的分析預警[2]。

2 系統架構

路口優先控制軟件主要是用于有軌電車經過路口時的路口優先仿真測試，針對社會車輛和有軌電車的兩種相位、有軌電車的行車間隔、有軌電車的速度、路口間的車道長度、有軌電車流量、有軌電 車相位時間等實際影響因素進行可配置化的仿真測試，從而確定合理的車路參數、路口優先方式、以及路口優先相位設置。

其系統功能在設計時，考慮到不同的站場設計方便，分為圖形和應用兩部分，從軟件層次架構上，分為5層，如圖1所示：

圖1 系統層次架構

3 GUI設計

GUI設計是軟件研究的重要一步，如何做到根據不同的站場、快速地在界面上展示道路圖并且能夠做到圖形間的一致性檢查診斷，這就要求合理的模型設計及關聯檢查[3]。

3.1 道路圖規劃

站場道路配置模塊主要實現根據用戶需求動態組合多種路口，包括十字路口、丁字路口（4種形式）、直行路口（2種形式），默認安裝30個。動態多路口組合的實現，在30*30的柵格中通過“選擇” 按鈕，實現不同路口的選擇，路口選擇完成后，并動態選擇軌道在路口的鋪設方式，從而實現全路口、軌道連接圖。

軟件最大的優點是，會提供一種方式供用戶可以修改每一個路口參數、信號燈參數、電車請求參數。配置結束后，可以保存在指定路徑下，默認保存在軟件所在目錄下。當然用戶也可以直接導入其他正確的道路圖。

用戶在道路規劃界面通過“選擇”按鈕選擇不同的路口，重新繪制站場道路圖，并在每一個路口設置電車軌道在路口的鋪設方式，從而形成完整的道路軌道圖；或是通過加載之前保存的正確的配置文件來修改站場道路圖，并將重新繪制或修改的道路圖保存到配置文件中。站場道路圖配置完成后，再通過路口參數設置界面、信號燈參數設置界面、電車請求參數界面來設置路口的相關數據，并將這些數據通過文件讀寫模塊保存到相應的配置文件中。

操作區是由30*30個帶有【選擇】按鈕（可以配置）的矩形框構成。

點擊【選擇】，進入路口類型選擇界面，在該界面依次點擊【路口參數設置】、【信號燈參數設置】、【信號燈分組】、【電車請求】按鈕，從而完成該路口的相關設置，最后點擊【選擇】按鈕，關閉路口類型的選擇界面，并在道路規劃點擊【選擇】按鈕的地方加載出已經選擇并設置好參數的路口。如圖2所示：

圖2 路線參數設置

每個路口必須選中兩個方格，同一行（列）的方格有且只能選中一個。可以在已有的線路中進行修改路口相關設置，比如路口類型及其相關參數設置。

點擊菜單欄“道路圖規劃”時，打開道路規劃界面。

3.2 新增路口設置

點擊操作區區域中的【選擇】按鈕，進入路口選擇界面。如圖3所示。

3.3 路口參數設置

在路口類型選擇界面，點擊【路口參數設置】按鈕，進入路口參數設置界面。

4 軟件功能設計

路口運營仿真的TSC模塊，是路口優先軟件的重要功能之一，它用于控制路口信號燈的相位，包含列車專有信號燈。當路口無列車接近即列車無請求時，TSC控制當前路口信號燈周期運行；當列車接近路口向TSC發送請求時，TSC根據當前路口的軌道線型和路口優先設置控制當前路口社會車輛信號燈相位和有軌電車專用信號燈相位。

電車進入路口后，不顯示實時位置，僅標記成區域占用，電車位于道路中央。電車駛離后，區域不再占用[4-5]。

圖3 新增路口設置

社會車輛依據相應信號燈相位運行。信號燈相位在列車經過路口時需要根據3個優先來決定[9-10]：

4.1 相對優先

當電車接近路口發出優先請求，TSC收到優先請求會根據路口當前擁堵情況決定是否給電車優先。如果路口電車所在信號機沖突方向（例如電車東西向行進，南北向即為敵對方向）社會車輛擁堵情況正常（如處于綠色范圍）則給電車優先響應；如果路口電車所在信號燈沖突方向（例如電車東西向行進，南北向即為敵對方向）擁堵情況已處于較擁堵狀態（如處于黃色范圍）則當前時間不做響應，間隔一定時間待擁堵緩解后再做出優先響應，相對優先策略可設定參數，由用戶輸入；

4.2 絕對優先

不論當前路口處于什么狀態，當電車接近并請求優先時立刻中斷當前路口相位時序，根據電車接近路口時間，提前為電車開放綠燈。待電車完全駛離路口后再恢復相位[6]。

4.3 不優先

不優先指不對電車發出的優先請求做出響應，電車在路口等待社會車輛綠燈放行時一同通過路口，不優先電車信號燈與社會車輛信號燈相關設置由用戶設置。

路口信號燈由TSC控制，用戶設置各個燈組信號燈紅綠燈運行周期時間，繼而后端數據處理，社會車輛信號燈按照對應編號的燈組設定的顯示順序，循環顯示紅色、紅黃、綠色、黃色等。當路口設置為列車絕對優先時，電車接近路口發出請求信號給TSC，TSC決定響應時間，最大為沖突相位的最小綠燈時間+黃燈時間。有軌電車信號燈只有紅、綠兩種。

軟件運行結束，可以提供仿真報告，仿真報告分兩種：

（1）仿真正常結束報告：是在仿真正常結束后自動彈出的，同時可以再次點擊菜單中的【仿真報告】按鈕，進行二次查看。

（2）仿真異常結束報告：是指軟件運行過程中出現了參數配置不合理而導致的異常，所生成的報告。如圖4所示。

圖4 仿真報告

5 結論

路口優先一直是有軌電車項目運營高效最受關注的焦點，該軟件可以對設計院在項目初步設計階段起到電車路口選型的作用，還可以對智能信號系統在工程實施階段起到有軌電車路口參數配置的模擬仿真調試作用[7-8]。

國內有軌電車的建設正處于一個高速發展時期，每個建設城市都進行了有軌電車線網的規劃，在2020年前國內要建設的線路就超過2500 km。各規劃設計院的工作都非常繁重，該軟件可以對項目設計起到快速有效的仿真指導作用[9-10]。

[1] 閆學順, 王景暉, 張俊杰. 基于Android的智能醫療管理軟件設計方案研究[J]. 軟件, 2018, 39(07): 33-36.

[2] 趙桔青, 陶福壽. 基于GIS的城鎮土地資源承載力評價[J]. 軟件, 2018, 39(07): 52-56+88.楊永平, 邊顏東, 周曉勤. 我國發展有軌電車存在的問題及建議[J]. 都市快軌交通, 2014(5): 1-3.

[3] 吳其剛. 現代有軌電車系統發展的重難點及對策研究[J]. 鐵道工程學報, 2013(12): 89-92.

[4] 李凱, 毛勵良, 張會. 現代有軌電車交叉口信號配時方案研究[J]. 都市快軌交通, 2013(2): 104-107.

[5] 袁江波. 現代有軌電車路口信號優先控制的方案及比選[J]. 城市軌道交通研究, 2016(3): 51-55.

[6] 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): 50.

[7] 廣州地鐵設計院股份有限公司. 廣州海珠區有軌電車試驗段工程初步設計資料[J]. 2012.

[8] 易立富. 現代有軌電車的路口優先策略及信號控制技術[J]. 鐵道通信信號, 2016(11), 62-64.

[9] 苗剛. 現代有軌電車交叉路口信號優先方案研究[J]. 施工技術, 2015(3): 9.

Research on Tramway Intersection Priority Based on Software Model

ZHANG Li-jie

(Guangzhou Metro Design and Research Institute Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510010)

The article establishes multi-element model of tram running environment with software development, which includes three intersection forms, social vehicles, trams, social vehicle signal lights and special tram signal lights and lanes. Combining with line conditions, it simulates intersections priority of trams to determine establishment of intersections and phase parameters of project at design and engineering stage, and provides reference for tram project design.

Tram; Intersection priority; Operation simulation

U482.1

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.12.046

張立杰(1984-)女，高級工程師本科，研究方向：軌道交通及有軌電車的設計工作。

張立杰. 基于軟件模型的有軌電車路口優先研究[J]. 軟件，2018，39（12）：202-206