新城中運(yùn)量公共交通實(shí)踐研究
——以臨港新片區(qū)為例

李 兵，高亮全

上海臨港交通有限公司

0 引 言

臨港新片區(qū)國土空間規(guī)劃指出，到2035年新片區(qū)人口將達(dá)到250萬，產(chǎn)業(yè)發(fā)展GDP實(shí)現(xiàn)萬億。隨著新片區(qū)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和人口的快速導(dǎo)入，需要構(gòu)建多層次的公共交通體系，發(fā)展大中運(yùn)量公交系統(tǒng)，提升公共交通服務(wù)水平。通過中運(yùn)量系統(tǒng)能夠強(qiáng)化各組團(tuán)間的聯(lián)系，同時(shí)能夠帶動(dòng)沿線發(fā)展，改善投資環(huán)境，由于臨港定位的特殊性，需要中運(yùn)量系統(tǒng)來支撐未來交通快速增長的需求。

臨港新片區(qū)軌道交通匱乏，現(xiàn)狀僅有軌道交通 16 號線運(yùn)行，規(guī)劃軌道交通網(wǎng)絡(luò)仍覆蓋不足，難以提升臨港新片區(qū)整體公共交通運(yùn)營效率。根據(jù)《上海市浦東新區(qū)國土空間總體規(guī)劃（2017—2035）》、《臨港新片區(qū)國土空間規(guī)劃》，規(guī)劃6條105 km中運(yùn)量公交線路，構(gòu)建臨港新片區(qū)大中運(yùn)量骨干網(wǎng)，其中T1線能夠填補(bǔ)現(xiàn)狀臨港新片區(qū)中運(yùn)量空白。

中運(yùn)量公交環(huán)保性能優(yōu)于常規(guī)公交，相比普通燃油公交，中運(yùn)量公交人均百公里能耗節(jié)約30%～45%，節(jié)能環(huán)保效益明顯，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 臨港新片區(qū)中運(yùn)量公交關(guān)鍵技術(shù)

臨港中運(yùn)量T1示范線（見圖1）經(jīng)由南匯新城鎮(zhèn)、泥城鎮(zhèn)，項(xiàng)目影響區(qū)包含環(huán)湖功能區(qū)、居住島、大學(xué)城、高新區(qū)、物流園區(qū)、自貿(mào)區(qū)、蘆潮港社區(qū)、重裝備園區(qū)和泥城社區(qū)。線路沿線經(jīng)過多個(gè)居住區(qū)、大學(xué)、工業(yè)區(qū)，通過項(xiàng)目的開發(fā)能夠提供品質(zhì)較高的公共交通服務(wù)，滿足臨港新片區(qū)居民出行需求，緩解軌道交通16號線服務(wù)不足，顯著縮短就業(yè)居民通勤所需時(shí)間，帶動(dòng)沿線組團(tuán)發(fā)展。

圖1 臨港中運(yùn)量 T1示范線沿線區(qū)域分析

數(shù)字軌道電車（DRT，Digital Rapid Transit）有別于傳統(tǒng)的有軌電車。它是一種有軌電車新形態(tài)，除了具有現(xiàn)代有軌電車的特點(diǎn)外，它還利用地埋無源磁釘形成數(shù)字化磁標(biāo)簽為虛擬軌道，以自導(dǎo)向膠輪電車為車輛載體，是采用軌道交通運(yùn)營模式的新型輕量化、智能化的交通制式。

1.1 公交專用道設(shè)置研究

專用道布置將直接影響到中運(yùn)量建成后的道路通行能力、運(yùn)營車速、客運(yùn)能力、換乘條件、道路交通安全性能等系統(tǒng)特性，車道方案設(shè)計(jì)是中運(yùn)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要部分。車道布置需要在比較車道布設(shè)方式、運(yùn)營組織、以及道路改造等多種因素后進(jìn)行確定。因此，專用道的布置需結(jié)合臨港現(xiàn)狀道路總體建設(shè)方案、斷面布置型式以及中運(yùn)量的運(yùn)營管理方式綜合進(jìn)行考慮，才能得出適合臨港中運(yùn)量T1線實(shí)際情況的車道方案（見表2）。

表2 專用道布置方式比選表

①路中專用道方案：中運(yùn)量車輛行駛于路中專用道，站臺(tái)也布設(shè)于路中，車輛根據(jù)站臺(tái)形式不同，可采用左側(cè)開門或右開門， 避免了中運(yùn)量車輛與社會(huì)車輛之間的相互干擾及沖突， 車輛交通組織較為簡單，對沿線單位出入口影響小，同時(shí)對道路遠(yuǎn)期改造影響小。中運(yùn)量的運(yùn)營條件得到極大改善，行車速度可以提高，配車數(shù)也可相應(yīng)減少。

②路側(cè)專用道方案：中運(yùn)量線路采用路側(cè)布設(shè)方案，車輛右側(cè)開門，在道路路側(cè)布設(shè)公交站臺(tái)，與普通公交方式相類似，有助于與其它交通方式的銜接。車輛交通組織較為復(fù)雜，受機(jī)動(dòng)車、公交車以及地塊開口影響。

· DRT 受其它車輛右轉(zhuǎn)影響和沿線地塊開口影響大；

· 社會(huì)車輛右轉(zhuǎn)受 DRT 車輛影響大；

· 容易被其它車輛違規(guī)占用；

· 與常規(guī)公交共用港灣站臺(tái)，變道進(jìn)站互有干擾；

· 車輛的運(yùn)行對路側(cè)的交通方式會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

從運(yùn)營角度分析：路中專用道布局較路側(cè)布局對中運(yùn)量線路整體運(yùn)行系統(tǒng)更有利，道路交通組織方便，與其他交通相互干擾小，運(yùn)輸效率高。

從換乘的角度分析：路側(cè)布局更方便與普通常規(guī)公共交通系統(tǒng)的換乘銜接，但在運(yùn)營過程中，受到常規(guī)公交干擾較多，運(yùn)營速度相對較低。

經(jīng)過比較，結(jié)合沿線道路的建設(shè)實(shí)際，選取路中專用道方案。在保證社會(huì)車輛擁有單向兩車道通行的基礎(chǔ)上，共規(guī)劃中運(yùn)量專用道19 km。將中央分隔帶的空間做為站臺(tái)，專用道緊靠中央分隔帶布置。

1.2 運(yùn)營方案

中運(yùn)量運(yùn)營模式分為封閉式線路運(yùn)營模式、開放式運(yùn)營模式和混合式運(yùn)營模式。根據(jù)公交走廊的客流規(guī)模及特征、中運(yùn)量專用道的利用效率等綜合因素，臨港中運(yùn)量T1示范線采用開放式運(yùn)營模式。

表1 城市主要軌道交通中運(yùn)量制式比較

臨港中運(yùn)量T1線選擇站站停、小交路、點(diǎn)到點(diǎn)以及大站快線四種組合的營運(yùn)模式。其中站站停為常規(guī)運(yùn)營組織形式，滿足中運(yùn)量正常服務(wù)需求；大站快線可滿足客流較多，上下車隊(duì)的人員密集站點(diǎn)乘客快速轉(zhuǎn)移需求；點(diǎn)到點(diǎn)可緩解客流需求、節(jié)約車輛電能；小交路可滿足泥城鎮(zhèn)至滴水湖客流需求，泥城鎮(zhèn)乘客可與軌道交通16號線實(shí)現(xiàn)快速換乘。

①點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)營：滴水湖首末站—鴻音廣場臨時(shí)停保場，近期線路長度20.9 km（規(guī)劃線路長度21.7 km），停靠沿線1處首末站、1處臨時(shí)停保場。

②小交路運(yùn)營：滴水湖首末站—水華路車輛段，長度8.1 km，停靠1處首末站，5組沿線中途站。

③大站快線運(yùn)營：滴水湖首末站—鴻音廣場臨時(shí)停保場，近期線路長度20.9 km（規(guī)劃線路長度21.7 km），停靠1處首末站、1處停保場、8組沿線中途站。

④站站停運(yùn)營：滴水湖首末站—鴻音廣場臨時(shí)停保場，近期線路長度20.9 km（規(guī)劃線路長度21.7 km），停靠1處首末站、1處停保場、18組沿線中途站。

結(jié)合臨港中運(yùn)量T1線需求與站點(diǎn)建設(shè)進(jìn)度，開設(shè)初年與運(yùn)營初期，采用點(diǎn)到點(diǎn)、小交路與大站快線三種組合運(yùn)營方式。遠(yuǎn)期采用點(diǎn)到點(diǎn)、小交路、大站快線與站站停四種組合的運(yùn)營方式。

1.3 中運(yùn)量信號優(yōu)先系統(tǒng)

路口信號優(yōu)先是影響DRT中運(yùn)量車輛運(yùn)行時(shí)間的重要因素，通過信號優(yōu)先系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效提高 DRT中運(yùn)量車輛的運(yùn)行速度和效率。本工程在存在地面交叉口的路口設(shè)置信號優(yōu)先系統(tǒng)。信號優(yōu)先系統(tǒng)在原有路口智能控制信號機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)信號優(yōu)先控制主機(jī)和 DRT 中運(yùn)量車輛檢測設(shè)備，實(shí)現(xiàn) DRT中運(yùn)量車輛信號優(yōu)先。對于部分尚未安裝信號機(jī)的路口，增設(shè)自適應(yīng)交通信號機(jī)及信號燈，以實(shí)現(xiàn)對該路口通行秩序的維護(hù)和 DRT 中運(yùn)量車輛的優(yōu)先通行。

信號優(yōu)先控制策略分為三類：被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)先和實(shí)時(shí)優(yōu)先（見表3）。

表3 中運(yùn)量信號優(yōu)先控制策略的常見優(yōu)先措施表

①被動(dòng)優(yōu)先——不考慮交叉口是否有中運(yùn)量車輛到達(dá)，根據(jù)中運(yùn)量運(yùn)行特征和歷史數(shù)據(jù)，針對離線方案進(jìn)行優(yōu)化，不需要車輛檢測/優(yōu)先申請生成系統(tǒng)；

②主動(dòng)優(yōu)先——為檢測到的特定車輛提供優(yōu)先，包括相位延長、提前激活相位、中運(yùn)量車輛專用相位等多種方法；

③實(shí)時(shí)優(yōu)先——基于實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)提供信號優(yōu)先的同時(shí)，以某一指標(biāo)為目標(biāo)對控制方案進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化指標(biāo)可以是人總延誤、車均延誤或者一些指標(biāo)的組合。

被動(dòng)優(yōu)先控制策略，不需要車輛檢測數(shù)據(jù)，以車輛的歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，因此適合于發(fā)車頻率高、流量大、乘客出行需求較為穩(wěn)定的情況；而當(dāng)車流量比不高時(shí)，該策略通常會(huì)使交叉口的總體運(yùn)行效率降低。盡管被動(dòng)優(yōu)先控制策略存在一定局限，但實(shí)施簡單，且費(fèi)用節(jié)省，所以在國內(nèi)很多城市得到廣泛的應(yīng)用。

主動(dòng)優(yōu)先控制策略，基于實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)，為特定車輛提供優(yōu)先。它伴隨信號優(yōu)先控制研究的誕生而出現(xiàn)，是早期的研究重點(diǎn)，研究成果豐富，也是目前實(shí)踐中最常用的控制策略。主動(dòng)優(yōu)先控制策略一般用于單點(diǎn)交叉口，因此常常打斷相鄰交叉口間社會(huì)車輛的信號協(xié)調(diào)。同時(shí)由于信號優(yōu)先策略相對獨(dú)立，即在給予信號優(yōu)先時(shí)較少考慮社會(huì)車輛的運(yùn)行狀態(tài)，因此主動(dòng)優(yōu)先控制策略尚不能對中運(yùn)量車輛與社會(huì)車輛的運(yùn)行效益進(jìn)行合理平衡與協(xié)調(diào)。這些缺陷驅(qū)動(dòng)了實(shí)時(shí)優(yōu)先策略研究的開展。

實(shí)時(shí)優(yōu)先控制策略，在基于實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)為中運(yùn)量車輛提供信號優(yōu)先的同時(shí)，以某一指標(biāo)為目標(biāo)對信號方案進(jìn)行優(yōu)化。一方面，對主動(dòng)優(yōu)先所遇到的中運(yùn)量車輛與社會(huì)車輛效益平衡等問題有了深入研究；另一方面，開拓了基于邏輯規(guī)則、數(shù)學(xué)模型等的優(yōu)化模式。實(shí)時(shí)優(yōu)先策略中，中運(yùn)量車輛延誤最小化仍是最主要的研究目標(biāo)，通常將時(shí)刻表偏移作為是否需要進(jìn)行優(yōu)先的依據(jù)。

T1中運(yùn)量公交系統(tǒng)采用主動(dòng)優(yōu)先控制策略，實(shí)現(xiàn)整體交通效率的最優(yōu)化。根據(jù)路口交通組織的特點(diǎn)，信號優(yōu)先的觸發(fā)條件將結(jié)合調(diào)度指令和車輛的早、晚點(diǎn)信息，對將要晚點(diǎn)的中運(yùn)量車輛給予優(yōu)先信號。信號優(yōu)先的車輛采用車載GPS+短程通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛的身份識(shí)別和信號優(yōu)先的觸發(fā)。

1.4 數(shù)字軌道系統(tǒng)

數(shù)字軌道是對傳統(tǒng)軌道交通物理鋼軌的虛擬化、數(shù)字化替代，以沿線埋設(shè)的磁標(biāo)簽（或稱磁釘）為基礎(chǔ)設(shè)備，支撐電車受虛擬軌道的約束而實(shí)現(xiàn)自導(dǎo)向的行駛。除了循跡導(dǎo)向功能之外，數(shù)字軌道同時(shí)提供了全程定位、電子地圖、虛擬道岔等功能，與行車控制和管理系統(tǒng)配套，實(shí)現(xiàn)了輕量、精確、敏捷的新型中運(yùn)量捷運(yùn)系統(tǒng)。

數(shù)字軌道列車運(yùn)行管理系統(tǒng)按地域劃分主要由數(shù)字軌道子系統(tǒng)、中心子系統(tǒng)、車載子系統(tǒng)、路口優(yōu)先子系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖2所示。

圖2 中運(yùn)量數(shù)字軌道系統(tǒng)原理圖

①數(shù)字軌道子系統(tǒng)：編碼數(shù)字化的虛擬軌道和電子地圖構(gòu)成數(shù)字軌道子系統(tǒng)。以安裝于路面的磁釘為載體，磁釘按照一定的設(shè)計(jì)規(guī)則沿線路鋪設(shè)安裝，形成具有編碼屬性的虛擬軌道，并經(jīng)編碼數(shù)字化后構(gòu)成數(shù)字軌道；裝載有運(yùn)行管理系統(tǒng)的列車沿?cái)?shù)字軌道運(yùn)行，通過傳感器不間斷讀取編碼化的磁釘信息，形成電子地圖。支撐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)列車定位、場景前瞻、循跡自動(dòng)導(dǎo)向、虛擬進(jìn)路控制、輔助駕駛等列車運(yùn)行控制功能。

圖3 磁釘埋設(shè)側(cè)視圖

數(shù)字軌道使用永磁體作為軌道的磁源介質(zhì)，采用柱狀磁釘為磁源的具體形式。為了保證磁釘不被破壞，降低數(shù)字磁釘軌道的維護(hù)成本，在路面上進(jìn)行打孔，然后埋入磁釘與填充劑以保證磁釘?shù)膭偠龋畛鋭┠桃院髴?yīng)該與路面端面平齊，保證磁釘與路面之間不會(huì)出現(xiàn)相對位移。

②中心子系統(tǒng)：布置在控制中心，由服務(wù)器、工作站、接口設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及必要的輔助設(shè)備組成。中心子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)列車調(diào)度的人機(jī)操作、行車指揮控制、列車運(yùn)行監(jiān)控和運(yùn)行管理系統(tǒng)維護(hù)等功能。

③車載子系統(tǒng)：由車載控制器、傳感器（列車定位、測速等輔助功能傳感器）、運(yùn)行管理系統(tǒng)顯示器和車地通信等設(shè)備組成。車載子系統(tǒng)是在基礎(chǔ)級（具備列車超速預(yù)警、紅燈預(yù)警、障礙物防撞提示等基本安全防護(hù)功能）有軌電車信號車載子系統(tǒng)基礎(chǔ)上，新增列車輔助駕駛及循跡自動(dòng)導(dǎo)向的功能。

④路口信號優(yōu)先子系統(tǒng)：分布于信號優(yōu)先的路口，可由信號優(yōu)先控制器和信號機(jī)等設(shè)備組成實(shí)現(xiàn)路口優(yōu)先功能，與車載子系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)路口運(yùn)行駕駛策略控制功能。

圖4 磁釘埋設(shè)俯視圖

2 結(jié) 語

臨港新片區(qū)T1線的建設(shè)不僅能方便居民出行，緩解城市交通壓力，還可節(jié)約在途時(shí)間、減少疲勞、減少交通事故、促使土地升值。此外，對完善周邊大型居住區(qū)和工業(yè)、商業(yè)區(qū)的交通功能，改善居民交通出行結(jié)構(gòu)，減少機(jī)動(dòng)車出行，改善地區(qū)道路交通狀況都有積極的貢獻(xiàn)。

項(xiàng)目的建設(shè)還具有改善地區(qū)的投資環(huán)境、居住環(huán)境，減少城市環(huán)境污染，有利于增加就業(yè)等社會(huì)效益。