有軌電車交叉口交通組織及控制方案優(yōu)化

焦占普

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢∥高級(jí)工程師）

有軌電車具有安全、綠色、快速、舒適、造價(jià)低等特點(diǎn)，成為諸多城市的選擇。敷設(shè)于地面的有軌電車在路段運(yùn)行時(shí)受其他交通流的干擾較小，運(yùn)行速度較快；但在通過(guò)道路交叉口時(shí)，必須與社會(huì)車輛共享路權(quán)，需要通過(guò)信號(hào)控制的方式依次放行，從而會(huì)產(chǎn)生較大延誤。因此，如要提升有軌電車運(yùn)行效率，則應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注交叉口交通組織及控制方案優(yōu)化。

有軌電車交叉口優(yōu)先控制分為空間優(yōu)先和時(shí)間優(yōu)先?？臻g優(yōu)先指在交叉口通過(guò)高架、下穿隧道等方式與社會(huì)車輛分離。當(dāng)有軌電車與社會(huì)車輛在交叉口共享路權(quán)時(shí)，考慮給予有軌電車時(shí)間優(yōu)先，即信號(hào)優(yōu)先。信號(hào)優(yōu)先情況下，進(jìn)行有軌電車信號(hào)相位配時(shí)需考慮最小綠燈時(shí)間及綠燈延長(zhǎng)時(shí)間等配時(shí)要素。

有軌電車交叉口通行優(yōu)先不能以大幅度增大社會(huì)車輛和行人的延誤作為代價(jià)，因此，還需要進(jìn)行現(xiàn)狀交叉口的交通管理與控制優(yōu)化、公共交通組織優(yōu)化、慢行交通組織優(yōu)化，以達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)的目的。

1 有軌電車交叉口信號(hào)優(yōu)先控制方法及參數(shù)界定

1.1 控制方法

與道路公交信號(hào)優(yōu)先控制策略相類似，有軌電車道口信號(hào)優(yōu)先也可分為被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)先與實(shí)時(shí)優(yōu)先。主動(dòng)優(yōu)先是根據(jù)有軌電車軌道中埋設(shè)的檢測(cè)器探測(cè)并計(jì)算有軌電車到達(dá)交叉口的時(shí)間信息，系統(tǒng)判斷實(shí)施相應(yīng)的優(yōu)先控制方案，并結(jié)合交叉口交通信號(hào)時(shí)間給予其一定的通行優(yōu)先權(quán)。根據(jù)優(yōu)先條件，主動(dòng)優(yōu)先又可分為絕對(duì)優(yōu)先與相對(duì)優(yōu)先。

1.2 參數(shù)界定

1）檢測(cè)器埋設(shè)位置。有軌電車軌道按路中式敷設(shè)時(shí)，交叉口位置設(shè)置有有軌電車的信號(hào)機(jī)，在交叉口上下游埋設(shè)有相應(yīng)的檢測(cè)器，信號(hào)機(jī)根據(jù)檢測(cè)器檢測(cè)到的有軌電車到達(dá)和離開(kāi)的信息判斷是否切換相位。檢測(cè)器與交叉口停車線之間距離l1可根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算。

（1）當(dāng)有軌電車勻速通過(guò)交叉口時(shí)：

式中：

v0——有軌電車運(yùn)行速度；

t——交叉口信號(hào)燈黃燈時(shí)間。

（2）當(dāng)有軌電車需采取緊急制動(dòng)時(shí)：

式中：

a——有軌電車緊急制動(dòng)時(shí)的減速度。

結(jié)合公式（1）和公式（2）特點(diǎn)，最終結(jié)果可以直接取公式（1）的計(jì)算結(jié)果。

2）相對(duì)優(yōu)先綠燈時(shí)間閾值。在有軌電車即將到達(dá)交叉口時(shí)，若當(dāng)前相位有軌電車無(wú)法通行，且當(dāng)前相位剩余綠燈時(shí)間較短，則切斷當(dāng)前相位，插入有軌電車相位。對(duì)于“當(dāng)前相位剩余綠燈時(shí)間較短”的界定宜為當(dāng)前相位剩余的綠燈時(shí)間小于總綠燈時(shí)間的1/4 ～1/2。

3）絕對(duì)優(yōu)先的補(bǔ)償綠燈時(shí)間閾值。分析過(guò)程與相對(duì)優(yōu)先綠燈時(shí)間閾值的分析相類似，對(duì)于“若被切斷的相位剩余綠燈時(shí)間較長(zhǎng)”的界定宜為當(dāng)前相位剩余的綠燈時(shí)間大于總綠燈時(shí)間的1/2 ～3/4。

2 交叉口交通控制及組織優(yōu)化

2.1 現(xiàn)狀交叉口交通管理與控制優(yōu)化

對(duì)交叉口而言，交通管理主要側(cè)重的是交通組織管理，即綜合運(yùn)用交通規(guī)劃、交通設(shè)計(jì)和行政管理等措施，對(duì)交叉口范圍內(nèi)運(yùn)行的交通流實(shí)施疏導(dǎo)、指揮等工作的總稱［6］。交叉口的交通控制主要是指交叉口的控制方式。對(duì)于涉及到有軌電車的交叉口而言，主要是指信號(hào)控制交叉口的信號(hào)配時(shí)方案的設(shè)計(jì)，包括信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)、相位劃分、相位順序等。

2.2 公共交通組織優(yōu)化

1）道路公交站臺(tái)的位置及布置形式。道路公交站臺(tái)不宜設(shè)置在距離交叉口進(jìn)口道及出口道過(guò)近的位置。站臺(tái)停靠的道路公交線路越多，距離交叉口應(yīng)越遠(yuǎn)。道路公交車站宜采用港灣式車站，盡可能減小公交車上下客對(duì)主線交通流的干擾。

2）換乘距離。應(yīng)充分考慮道路公交車站與有軌電車車站的銜接，同向換乘距離建議不大于50 m，異向換乘距離建議不大于200 m，有條件的可以用風(fēng)雨連廊連接。

3）道路公交專用道。若道路斷面條件以及道路公交線路數(shù)量滿足要求，可考慮在高峰時(shí)期設(shè)置道路公交專用道。

2.3 慢行交通組織優(yōu)化

建議采取非機(jī)動(dòng)車與行人交通一體化設(shè)計(jì)，即非機(jī)動(dòng)車過(guò)街方式與行人相同，均通過(guò)人行橫道完成，左轉(zhuǎn)也采取二次過(guò)街的形式完成。在這種設(shè)計(jì)思想下，應(yīng)做好人行路線上的無(wú)障礙設(shè)施和相關(guān)配套設(shè)施完善工作，確保與路面無(wú)縫銜接，保證非機(jī)動(dòng)車的通行體驗(yàn)和安全。比如：人行道在各種道路交叉口、出入口位置必須設(shè)置緣石坡道；人行橫道兩端必須設(shè)置緣石坡道，并且坡度應(yīng)緩于1：20，坡道下口必須與路面齊平，并與人行橫道等寬；等等。

3 案例分析

3.1 現(xiàn)狀資料

武漢光谷現(xiàn)代有軌電車L1 路起于光谷步行街珞雄路站，止于光谷大道光谷芯中心站，全長(zhǎng)15.8 km，設(shè)站23 座，途經(jīng)城市主干道關(guān)山大道，具有較強(qiáng)的代表性。本文選取關(guān)山大道—關(guān)南園路交叉口作為案例分析對(duì)象。關(guān)山大道（南北向）為城市主干路，路段部分為雙向8 車道，南進(jìn)口在交叉口處拓寬為7 車道，車道布置為“2 左轉(zhuǎn)+4 直行+1 右轉(zhuǎn)”；關(guān)南園路為城市次干路，路段部分為雙向4 車道，路口部分無(wú)拓寬；有軌電車在關(guān)山大道東側(cè)路側(cè)布置，軌道為路側(cè)式（同側(cè)）設(shè)計(jì)，在交叉口的上下游設(shè)有軟件園路站?，F(xiàn)狀有軌電車采用傳統(tǒng)的固定周期配時(shí)而不使用任何的感應(yīng)優(yōu)先控制，有軌電車道口信號(hào)與關(guān)山大道南北直行相位同步開(kāi)放或關(guān)閉。在該種信號(hào)方式控制下，有軌電車在道口將會(huì)停等較長(zhǎng)時(shí)間，無(wú)法體現(xiàn)軌道交通的快速性與便捷性。

3.2 有軌電車交叉口信號(hào)優(yōu)先控制

現(xiàn)狀有軌電車在交叉口附近速度v0= 15 km/h，黃燈時(shí)間t=3 s，根據(jù)式（1）則有l(wèi)1=12.5 m?？紤]需要保留一部分安全距離，則宜在距離交叉口停止線15 m 處埋設(shè)檢測(cè)器。當(dāng)有軌電車經(jīng)過(guò)時(shí)，視當(dāng)前相位做出相應(yīng)決策。

鑒于現(xiàn)狀居民對(duì)有軌電車的接受程度還不夠高，未完全養(yǎng)成穿越有軌電車軌道之前觀察道口信號(hào)燈的習(xí)慣，還需要交管部門安排專人值班。建議近期采用相對(duì)優(yōu)先的控制方式，即當(dāng)有軌電車即將到達(dá)交叉口時(shí)，若當(dāng)前相位有軌電車無(wú)法通行，且當(dāng)前相位剩余綠燈時(shí)間小于總綠燈時(shí)間的1/3 時(shí)，則切斷當(dāng)前相位，插入有軌電車相位；反之，道口信號(hào)機(jī)保持顯示紅燈，待當(dāng)前相位結(jié)束后再處理有軌電車通過(guò)請(qǐng)求。這樣既能體現(xiàn)出有軌電車的優(yōu)先，又不會(huì)與現(xiàn)狀情況改變太大，導(dǎo)致居民難以接受。

遠(yuǎn)期居民習(xí)慣培養(yǎng)完成之后，再采用帶時(shí)間補(bǔ)償?shù)慕^對(duì)優(yōu)先控制方式，即當(dāng)有軌電車即將到達(dá)交叉口時(shí)，若當(dāng)前相位有軌電車無(wú)法通行，則直接切斷當(dāng)前相位，插入有軌電車相位，同時(shí)打開(kāi)其他與有軌電車不沖突的相位；待有軌電車通過(guò)后，若被切斷的相位剩余綠燈時(shí)間大于總綠燈時(shí)間的2/3，則對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償?？傊畱?yīng)保障有軌電車快速性和便捷性。

3.3 現(xiàn)狀交叉口交通管理與控制優(yōu)化

現(xiàn)狀交叉口關(guān)南園路東進(jìn)口擁堵情況極為嚴(yán)重，甚至?xí)又陵P(guān)南園路；軟件園路西進(jìn)口擁堵情況較為嚴(yán)重；關(guān)山大道北進(jìn)口偶爾發(fā)生擁堵；關(guān)山大道南進(jìn)口由于拓寬為7 m 進(jìn)口，較為暢通。根據(jù)調(diào)查，該交叉口各方向的流量如圖1 所示?，F(xiàn)狀相位設(shè)置如圖2 所示。

圖1 關(guān)山大道—關(guān)南園路交叉口流量流向圖

圖2 關(guān)山大道—關(guān)南園路交叉口現(xiàn)狀相位設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)狀分析和Synchro 軟件模擬，建議采取以下措施：

1）優(yōu)化現(xiàn)狀相位。原先東西進(jìn)口同時(shí)全方向放行，直行與左轉(zhuǎn)沖突較大，導(dǎo)致交通運(yùn)行緩慢，引發(fā)擁堵；同時(shí)，東西向行人過(guò)街需求較大，與左轉(zhuǎn)方向車流產(chǎn)生沖突，存在較大的安全隱患。因此，將三相位改為四相位，減少流線沖突的同時(shí)還可以保證行人過(guò)街的安全。優(yōu)化后的相位設(shè)置如圖3 所示。

2）拓寬交叉口東西向進(jìn)口。商業(yè)街道和生活服務(wù)街道鼓勵(lì)應(yīng)用3 m 寬的機(jī)動(dòng)車道，路口進(jìn)口道可進(jìn)一步縮減到2.75 m。上海南北高架路等路段的實(shí)踐表明，車速較快的道路也可采用3 m 寬的窄車道，并達(dá)到促進(jìn)駕駛員謹(jǐn)慎駕駛的目的［7］。

將軟件園路車道布置為進(jìn)口道3.25 m×3+出口道3.25 m×2；關(guān)南園路車道布置為進(jìn)口道3 m×3+出口道3 m×2（需硬化南側(cè)1 m 寬度的綠化帶），提高進(jìn)口道的通行能力。

圖3 關(guān)山大道—關(guān)南園路交叉口優(yōu)化相位設(shè)置

3.4 公共交通組織優(yōu)化

現(xiàn)狀關(guān)山大道關(guān)南小區(qū)公共汽車站位于交叉口南出口處，該站共有15 條公共汽車線路，高峰時(shí)期停車上下客的公共汽車排隊(duì)較長(zhǎng)，降低了南出口的通行能力，甚至?xí)蓴_到西進(jìn)口的車輛進(jìn)入交叉口，車輛擁堵情況嚴(yán)重。建議將該站往南遷移40 m。

3.5 慢行交通組織優(yōu)化

高峰時(shí)期行人數(shù)量較大，東西向行人過(guò)街與東西進(jìn)口的左轉(zhuǎn)位于同一相位，高峰時(shí)期使得左轉(zhuǎn)車輛滯留交叉口，產(chǎn)生擁堵，同時(shí)存在較大安全隱患。同時(shí)，現(xiàn)狀行人穿越有軌電車軌道較為隨意，經(jīng)常不自覺(jué)踏入軌道范圍內(nèi)，沒(méi)有養(yǎng)成觀察有軌電車的習(xí)慣，全部依靠協(xié)警指揮，現(xiàn)場(chǎng)秩序較為混亂，存在較大安全隱患。建議采取以下措施：

1）東西進(jìn)口新增左轉(zhuǎn)相位，保障行人過(guò)街安全；

2）在道口一側(cè)增加語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)，有軌電車即將駛?cè)氲揽谇安シ盘崾菊Z(yǔ)音或者警報(bào)聲；

3）在道口設(shè)置有軌電車信號(hào)燈，同時(shí)在側(cè)面設(shè)置行人信號(hào)燈，指示行人能否通過(guò)道口；

4）探索設(shè)置行人闖紅燈抓拍曝光系統(tǒng)，建議同步建立交通出行信用體系，將個(gè)人交通違法、交通事故等都納入個(gè)人征信體系，增加個(gè)人交通違法成本，規(guī)范行人過(guò)街。

3.6 仿真模擬

基于交叉口基礎(chǔ)現(xiàn)狀在VISSIM 軟件里建立仿真模型，并在東西南北4 個(gè)進(jìn)口道設(shè)置行程時(shí)間檢測(cè)器、排隊(duì)計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)收集器，在有軌電車路徑上設(shè)置行程時(shí)間檢測(cè)器和檢測(cè)器。本次仿真發(fā)車間隔取為3 600 s，記錄各進(jìn)口道分方向的行程時(shí)間、平均排隊(duì)長(zhǎng)度、最大排隊(duì)長(zhǎng)度、平均停車次數(shù)、有軌電車的行程時(shí)間和延誤。仿真效果圖如圖4 所示。

圖4 現(xiàn)狀及采取措施后的道路交叉口仿真效果圖

基于上文提出的對(duì)交叉口的交通管理與控制、對(duì)公共交通的優(yōu)化策略和對(duì)慢性交通的優(yōu)化策略建立仿真模型。同時(shí)對(duì)有軌電車的優(yōu)化采用完全優(yōu)先的感應(yīng)控制。設(shè)置好信號(hào)控制機(jī)后運(yùn)行仿真，仿真時(shí)間取為3 600 s。記錄各進(jìn)口道分方向的行程時(shí)間、平均排隊(duì)長(zhǎng)度、最大排隊(duì)長(zhǎng)度、平均停車次數(shù)、有軌電車的行程時(shí)間和延誤。

從優(yōu)化前后行程時(shí)間、平均排隊(duì)長(zhǎng)度、最大排隊(duì)長(zhǎng)度、停車次數(shù)4 個(gè)方面評(píng)價(jià)措施對(duì)于道路交通的影響。仿真結(jié)果如圖5 所示。由圖5 可見(jiàn)，優(yōu)化前后，東進(jìn)口的行程時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度、最大排隊(duì)長(zhǎng)度、停車次數(shù)均大幅下降，西進(jìn)口的數(shù)據(jù)略有上升，但不明顯。其余方向因?yàn)榫G燈時(shí)間稍有減少，因此結(jié)果呈現(xiàn)略微增加的狀態(tài)。整體看來(lái)，優(yōu)化效果是非常明顯的。

圖5 優(yōu)化措施對(duì)道路交通影響效果仿真結(jié)果

優(yōu)化之前，有軌電車通過(guò)交叉口的平均行程時(shí)間為92 s，延誤為20.48 s；優(yōu)化之后平均行程時(shí)間為81 s，延誤降為9.12 s，延誤下降了55.3%。由此可見(jiàn)，采取了優(yōu)先控制措施之后，有軌電車的延誤大幅下降；同時(shí)其他方向的交通流延誤也并沒(méi)有明顯增大，效果較為理想。

4 結(jié)語(yǔ)

從有軌電車交叉口信號(hào)優(yōu)先控制、現(xiàn)狀交叉口交通管理與控制優(yōu)化、公共交通組織優(yōu)化、慢行交通組織優(yōu)化4 個(gè)方面對(duì)有軌電車的交叉口運(yùn)行效率提出了相應(yīng)的改善思路。以武漢市有軌電車作為實(shí)例，通過(guò)實(shí)地調(diào)查、摸排問(wèn)題，有針對(duì)性地提出了一系列的改善措施。仿真模擬結(jié)果表明，采取相應(yīng)措施之后有軌電車的通行效率得到了較大的提高，同時(shí)以小汽車為代表的道路交通也未受明顯影響。