有軌電車旅行速度提升方法

邢艷陽 成正波 劉華祥

(1.上海軌道交通無人駕駛列控系統工程技術研究中心，200071，上海；2.卡斯柯信號有限公司，200071，上海 ∥ 第一作者，高級工程師)

有軌電車為中等運能的城市軌道交通，具有節能、環保、美觀、投資省及建設周期短等特點，是城市軌道交通綜合規劃中的重要組成部分。在特大城市，有軌電車是大運能地鐵線路的補充和延伸，能解決市民最后1 km的出行需求；在中小城市，有軌電車則可作為骨干交通線路，承擔大客流的運送。

1 有軌電車旅行速度現狀

在平交路口，有軌電車同社會車輛及行人共享路權，并通過路口優先控制器來申請路口的優先通行權。由于每個平交路口的相位和配時方案不同，在缺少路口優先通過權管理的情況下，有軌電車到達平交路口恰逢有軌電車通行相位的概率較低，難以避免有軌電車在路口停車等待通行許可。而頻繁的路口停車等待直接導致有軌電車的平均旅行速度下降，從而增加了乘客的出行時間，降低了運營服務水平。本文通過分析影響旅行速度的關鍵因素，探討有軌電車旅行速度的提升方法。

2 制約旅行速度的影響要素

制約有軌電車旅行速度的影響要素較多。既有文獻對車站停站時間、站間距、線路限速等常規因素的分析較多，本文從有軌電車的車站布局、平交路口分布、平交路口優先策略、時刻表匹配等視角，分析如何提升平交路口不停車通過率，從而提高有軌電車的平均旅行速度。

2.1 車站布局

有軌電車的車站布局需要考慮有軌電車的運營安全和效率、道路的交通組織，方便乘客乘車或換乘。車站布置一般分為路口前設站和路口后設站，如圖1所示。

圖1 有軌電車站臺布置

對于路口前設站，無論前方路口當前處于哪個相位，有軌電車均需進站停車上下客。在乘客乘降期間，司機充分利用停站時間來人工申請路口優先通過權，以保證道路交通信號系統有足夠長的時間來調整相位和配時。這樣，有軌電車從站臺出發時不停車通過該路口的概率較高。

對于路口后設站，有軌電車在接近路口時會自動申請路口優先通過權。由于有軌電車的區間運行速度較高，其申請路口優先通過權至到達路口的時間較短，不足以滿足道路交通控制系統調整相位及配時的需要。因此，部分有軌電車到達路口時，路口專用信號燈仍未開放，有軌電車只能在路口前方等待通行許可，增加了有軌電車的區間運行時間。

2.2 平交路口分布

平交路口是制約有軌電車旅行速度的關鍵因素。由于各種車輛在平交路口共享路權，故有軌電車必須采用限速行駛。一般有軌電車直行通過平交路口的限速為30 km/h，左右轉彎通過平交路口的限速為15 km/h。可見，有軌電車在平交路口的通行時間較長，如再加上有軌電車通過平交路口前申請優先通過權的等待時間，則每增加1個平交路口約增加25 s的區間運行時間。

平交路口越多，則區間運行時間越長，進而使有軌電車的平均旅行速度越低。尤其對于連續多個平交路口的區間，由于路口與路口的間距較小，且路口與車站的間距也較小，有軌電車速度尚未加速到線路限速前就需施加制動減速。頻繁的牽引和制動既浪費能源，又嚴重限制有軌電車的運行速度。因此，平交路口的分布情況是影響有軌電車平均旅行速度的關鍵因素。

2.3 平交路口的優先策略

平交路口的有軌電車優先策略一般有綠燈延長、紅燈縮短、插入相位、跳躍相位等，如圖2所示。

圖2 信號相位周期示意圖

綠燈延長：當有軌電車即將進入路口或進入路口后，如當前相位為有軌電車專用相位，則道路交通控制系統將為該有軌電車延長通行時間，以確保有軌電車安全出清路口。

紅燈縮短：當有軌電車接近路口時，如當前相位為非有軌電車專用相位，則道路交通控制系統將通過壓縮相應相位的配時，或縮短有軌電車專用相位的紅燈等待時間，以盡快進入有軌電車專用相位。

插入相位：通常情況下，該路口不設置有軌電車專用相位，以避免路口資源的浪費。當有軌電車接近路口時，道路交通控制系統為該路口插入有軌電車專用相位。

跳躍相位：當有軌電車接近路口時，道路交通控制系統打破相位固定輪轉的次序，將有軌電車專用相位直接調整到當前相位，以快速進入有軌電車專用相位。

綠燈延長和紅燈縮短為常用的優先策略，對社會交通的影響較小。插入相位可用于有軌電車出入車庫相鄰路口，其調整速度快，但對社會車輛的行駛有影響，較少采用。

有軌電車信號系統與道路交通信號系統通過接口交換信息。商定每個平交路口的優先策略，根據不同的道路交通控制系統的優先調整能力來確定申請優先通過權的時機。

2.4 時刻表匹配

有軌電車的智能控制系統具有時刻表管理功能，由在線時刻表定義每列運營有軌電車在每個車站的到發點和停站時間，以及有軌電車運行的交路。當有軌電車偏離時刻表時，智能控制系統可實時自動調整有軌電車的停站時間，使有軌電車準點運行。

道路交通信號控制系統在每個路口都有特有的相位和配時，其中包含了有軌電車通行的相位。相位和配時可根據路口優先申請進行動態調整。

在最有利情況下，當有軌電車接近路口時，該路口的有軌電車相位恰好開放通行，有軌電車可不停車通過該路口。而在最不利情況下，當有軌電車接近路口時，該路口的有軌電車相位恰好結束，有軌電車需要在該路口等待較長時間后方可通行。若最有利情況的概率遠高于最不利情況，則有軌電車平均旅行速度較高；若最有利情況的概率遠低于最不利情況，則有軌電車平均旅行速度較低。

因此，在設計時，應著重考慮有軌電車的時刻表與道路交通信號控制系統路口相位的匹配性。

3 有軌電車旅行速度提升方法

在同等邊際條件下，有軌電車的平均旅行速度越高，則該線路的運能越大，經濟效益更佳，運營服務水平更優。本文將從四個方面分析如何提升有軌電車的平均旅行速度。

3.1 合理的車站布局

按前文所述，一般情況下，為減少路口二次停車，應盡量采用路口前設站，以使有軌電車發車后有較大概率能不停車通過站臺前方路口。

社會車輛和有軌電車的平均旅行速度不同，故二者在同一路段的運行用時是不一樣的。這將導致社會車輛和有軌電車對道路交通信號控制系統路口的相位和配時的需求不一致。因此，在考慮車站布置時，應采用路口前設站和路口后設站相結合的方案，并仿真計算社會車輛和有軌電車的綠波協調性。當社會車輛和有軌電車可以協調在1個相位周期內通過時，則該路口應優化為路口后設站；當社會車輛和有軌電車無法協調在1個相位周期內通過時，則該路口應采用路口前設站。

3.2 優化平交路口設計

既然平交路口是制約有軌電車旅行速度的關鍵因素，那么減少平交路口的數量，就是一種直接而有效提升有軌電車平均旅行速度的方法。在部分車流人流較少的路段，可適當關閉一些平交路口，將平交路口改為有軌電車專用路權；為解決行人過街問題，可搭建人行天橋，取消部分行人過街路口；可在部分車站設置地下通道，使乘客能通過地下通道出入車站，以減少行人對地面交通的影響。

通過減少或合并部分平交路口，或通過人行天橋分流行人，或通過人行地道出入車站，可明顯減少平交路口對行車的影響，縮短單程旅行時間，有效提升平均旅行速度。

3.3 靈活配置路口優先策略

路口優先控制設備應能提供可配置的優先策略，并根據不同時段的不同交通流量動態給出最優化的優先策略：當檢測到平交路口的社會車輛流量較小時，可為有軌電車設置絕對優先通過權，以確保有軌電車優先快速通行；當檢測到平交路口社會車輛流量較大時，可為有軌電車設置相對優先通過權，以確保有軌電車的優先通行；當檢測到平交路口社會車輛流量很大且相關沖突車道已積壓大量社會車輛時，可為有軌電車設置伴隨相位，以降低有軌電車對社會車輛通行效率的影響。

有軌電車智能控制系統應根據有軌電車的運行速度、到達路口的距離、道路交通信號控制系統的優先調整能力等因素，來配置路口優先通過的預告、接近、進入、離開等接口信息。如圖3所示，合理優化布置有軌電車位置檢測點可有效提高路口不停車通過率，并可及早釋放路口資源。

圖3 平交路口有軌電車位置檢測點設置

對于路口前設站，司機可根據駕駛經驗，結合路口相位輪轉順序及從站臺出發駛至路口所需的時間，擇機申請路口優先通過權。當前方路口當前相位距有軌電車專用相位的等待時間較長時，司機可適當提前，在進站時就申請路口優先通過權；當前方路口的道路交通信號燈已進入有軌電車專用相位的前一個相位時，司機可在站臺發車前申請路口優先通過權。

3.4 增加控制中心的協同

有軌電車智能控制系統的控制中心管理著全線運營有軌電車的時刻表，并根據各有軌電車的早晚點情況實時調整其時刻表。道路交通信號控制系統可實現單點自適應控制和區域自適應控制，其控制中心管理路口配時邏輯。

國內有軌電車線路多采用半獨立路權，各時段客流有明顯差異。因此，有軌電車通過路口的時間和乘客站臺乘降時間存在一定不確定性，有軌電車很難保證嚴格遵循時刻表定義的時間到達站臺或路口。

如圖4所示，有軌電車智能控制系統控制中心與道路交通信號控制系統控制中心的接口可提供實現軌-路協調的一體化解決方案，使得城市軌道交通融入市政道路交通系統，并將其對道路交通的影響降到最低。在雙方控制中心的協同控制下，有軌電車的運行可被交通管理部門監控，有軌電車調度中心可實時獲得道路交通的擁堵及車流信息；有軌電車智能控制系統主動將發車時間與交通信號燈周期時間相互匹配，以減少所需道路交通信號主動調整信號周期的次數，提高路口的不停車通行效率；有軌電車智能控制系統的控制中心可提前將每輛有軌電車到達相應路口的時刻發送到各道路交通系統路口控制設備，為路口控制設備預留足夠的優先調整時間，確保及時為有軌電車開放通行相位，大幅壓縮路口等待時間。

圖4 雙方控制中心的協同控制

4 結語

有軌電車是多制式軌道交通的重要組成部分。受制于平交路口的半獨立路權，有軌電車的平均旅行速度普遍偏低，制約了有軌電車的快速發展。影響有軌電車旅行速度的關鍵因素為平交路口不停車通過率。本文從車站布局、平交路口設計、優先策略、時刻表匹配等視角分析了如何提升平交路口不停車通過率。在規劃車站位置時，應仿真計算社會車輛和有軌電車的綠波協調性，采用路口前設站和路口后設站相結合的方案。平交路口的數量和優先策略直接影響有軌電車的旅行速度，應縮減或合并車流人流量較小的路口，采用靈活配置的優先策略提高路口優先申請的效率。有軌電車的運行時刻表應與路口交通信號燈周期時間相互匹配，改被動調整為主動匹配，以提高路口的通行效率。在有軌電車線路規劃和系統設計時，可綜合應用上述方法來提升有軌電車的旅行速度。