有轨电车道口信号优先设计

钟吉林，王长林

(西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 610031)

有轨电车道口信号优先设计

钟吉林，王长林

(西南交通大学 信息科学与技术学院，成都 610031)

本文以道口整体延误损失为目标函数，在利用遗传算法优化干线道口之间相位差的基础上，结合道口信号优先控制方法以及有轨电车滞站调度，提出了基于干线协调的有轨电车信号相对优先控制方案，并设计模型进行仿真，证明该方案可以有效降低干线上的车辆延误，并实现有轨电车的准点运行。

有轨电车；信号优先；干线控制；滞站调度

有轨电车具有投资少，建设周期短，运营效率高等优点，使其成为中小型城市发展公共交通的首选。有轨电车的选线通常位于城市主干道。对有轨电车沿线道口进行信号协调控制可以提高道路的通行能力，降低该道路上车辆的延误，然而有轨电车的信号优先控制会破坏干线协调的交通流。因此，本文结合有轨电车的滞站调度，在为有轨电车提供一定条件优先权的基础上，设计了基于干线协调的有轨电车信号相对优先控制，并建立仿真模型进行验证。

1 有轨电车对沿线车流的影响

有轨电车的运行速度介于地面常规公共交通和地铁、轻轨之间，是一种大容量的快速公共交通工具。同时，有轨电车主要采用普通路面架设轨道的方式修建，其工程量和造价比地铁轻轨低。

1.1 有轨电车路权

有轨电车的路权决定其与社会车辆的交织程度，根据对有轨电车路权的分配，有轨电车通常可分为3类：完全独立路权有轨电车，半独立路权有轨电车和混行路权有轨电车。

采用完全独立路权的有轨电车受干扰少，速度快，准点，运营效率接近轻轨，然而采用独立路权将会加大有轨电车的建造工程量和成本。如果采用混行路权的方式（即有轨电车所在车道也可供普通机动车辆行驶），则一旦出现事故或拥堵，有轨电车和其它车辆可能陷入半瘫痪的状态，也很难体现出有轨电车优先的交通理念。因此，在运营效率和建造成本之间，许多城市选择了折中的方式，即采用混合路权。

采用混合路权方式的有轨电车在道口，将会与其它道路车流、行人不可避免地产生交叉，其组织复杂度由于随机干扰因素众多而骤增。因此，应从系统上分析有轨电车信号优先对其它社会车辆的影响，并提出整治方案。

1.2 有轨电车信号优先对道口的影响

道口是城市路网中最基本的组成单元，不同于路段的交通特性。车流主要有3种类型的交织：分流交织，合流交织和交叉交织。具体的交叉冲突，合流冲突和分流冲突如图1所示，其中以交叉冲突对道口的交通安全及道路通行能力的影响最大。车辆在通过交叉冲突点时存在着挤、碰、撞的可能，必须通过必要的措施，分离相互冲突的交通流，常用的具体措施有：禁止左转，道口让行，信号控制等。信号控制通过轮流为相互冲突的车流赋予不同时刻的通行权，来减少交叉冲突点。

图1 无信号控制平面道口冲突点分布图

有轨电车的运营线路通常选择在其它类型机动车流量较大的城市主干道，且轨道铺设在道路中央。当有轨电车进入道口时（运行方向如图1中虚线所示）会与行驶方向不同的社会车辆要产生交叉冲突，主要包括主干道上的左转车辆、次干道的左转和直行车辆。通过对有轨电车沿线的道口进行干道信号协调控制的基础上，对有轨电车的位置速度检测，结合有轨电车的运行图，实行有轨电车在道口的信号优先控制，以达到保证有轨电车安全、准点高速运行，并降低社会车辆延误的目的。

2 有轨电车道口信号优先模型设计

有轨电车信号优先系统包括3个主要模块：路口信号协调控制、主干道信号协调控制、有轨电车信号优先控制。以实现干线协调下的有轨电车优先控制，系统结构如图2所示。

该系统根据有轨电车沿线交通信息，如道口的车道数量、车道功能划分以及主干道沿线道口间距，实时监测各进口道车流量，排队长度，停车次数，以及有轨电车的位置，速度，停靠站时间，运行时刻表等信息，以实现实时的干道协调下的有轨电车信号优先控制。

2.1 道口信号控制

路口信号协调控制通过实时获得的各道口不同方向交通流量，按照单点定时信号的配时方法，生成该道口的最佳信号周期，以及各个相位的绿信比。

路口信号控制根据道口不同方向的交通量以及车道通行能力，确定周期的内部信号相位的各个最大流量比值y。最佳周期长是信号控制道口能使通车效益达到最佳的交通信号周期时长。近似最佳周期时长Co为：

图2 干线协调下的有轨电车优先设计

式中：Y为组成周期内部信号相位的各个最大流量比值yi之和：

式中：n为该周期内的相位数；L为每个周期的总损失时间（s）。

根据式（1）确定的最佳周期时长，可得每周期的有效绿灯时间ge为：

把ge在所有信号相位之间按各相位的最大流量比值进行分配，得各相位的有效绿灯时间：

2.2 主干道信号协调控制

城市主干道，有轨电车专用道设置在道路中央，站点设置在道口上游，如图3中红色区域所示。

图3 城市主干道示意图

主干道协调控制不同于单个路口的信号控制，需要对沿线的道口进行联动控制。无论绝对相位差偏小或偏大，都可能降低干线协调控制效率。因此确定干线信号协调周期之后，一定范围内调整个别道口的相位差，改变配时方案（进行相位差优化）改善绿波带上下限外部时空范围的协调关系，使车队能尽可能的少遇红灯，以减少系统内的车辆延误。

本文根据道口上、下行车辆延误和相位差的关系，以线控系统上、下行车辆在所有道口的延误之和 D最小为优化目标，道口之间的相位差为变量，采用遗传优化算法，计算出满足D最小的相位差。沿线的6个主要道口之间的间距依次为：600 m、450 m、400 m、700 m、600 m，进行5个周期的优化后，相位差如表1所示。

表1 优化前后相位差

优化前后道口的延误如图4所示。

图4 采用遗传算法前后道口的延误

图4中，对比优化前后的车辆延误平均降低了38.75%，因此采用遗传算法对沿线道口相位差进行优化，可以提高主干道交通通行能力，减少车辆延误，比传统的定时配时方法更能适应交通流量的变化。

2.3 有轨电车道口信号优先算法实现

有轨电车优先控制在主干道协调控制的基础上，根据有轨电车的时刻表延误，道口控制延误，其它社会车辆，赋予有轨电车不同级别的优先权。然后根据有轨电车获得的优先级，结合沿线社会车辆的交通量及延误等因素，决定是否为有轨电车提供信号优先，实现有轨电车的相对信号优先。

有轨电车信号优先流程图如图5所示。

图5 有轨电车信号优先流程图

根据有轨电车的实际到站时间ti和有轨电车运行时刻表中规定的下一个道口到站时间Ti+1比较，判定是否需要赋予有轨电车优先权。Li为有轨电车站点距离下一个有轨电车车站的距离，V为有轨电车的运行速度，Tmin为有轨电车的最小停靠站时间。

结合下一个道口的信号状态，通过合理地压缩或延长有轨电车的停靠站时间，降低有轨电车对主干道信号协调控制的影响，减少机动车辆的延误。

即当有轨电车产生重大延误，即使采用最短停靠站时间也不能准时到达下个站时，为降低延误，赋予有轨电车优先通行权，触发有轨电车信号优先控制模式。有轨电车采用最短的停站时间，出站采用绝对信号优先的方式通过下一个道口。

有轨电车信号优先模块接收到触发优先申请后，根据进站时间和最短停站时间，预测有轨电车到达道口的时间，若现有的信号控制方案不能保证有轨电车顺利通过道口时，则采用绿扩展或绿召回策略保证有轨电车安全通过道口。

为证实该模型可以有效地调整有轨电车的运行，本文模拟了在多种情形下，有轨电车的运行情况如图6所示。

图6 有轨电车运行图

3 结束语

本文采用基于有轨电车滞站调度的信号相对优先控制模型，可以减少有轨电车对沿线道口协调控制的影响，有效降低线控系统上、下行车辆在所有道口的延误之和，同时保证有轨电车快速、准点运行，提高在道口的通行效率，并为协调有轨电车和社会车辆的冲突提供了新的思路和方法。

[1] 高继宇. 现代有轨电车行车组织设计相关问题分析[J].科技信息，2011 （32）.

[2] 李 盛，杨晓光. 现代有轨电车与道路交通的协调控制方法[J].城市轨道交通研究，2005（4）.

[3] 王 宁. 基于信号优先和滞站调度的 BRT组合控制策略[J].交通运输系统工程与信息，2011（6）.

[4]李晓红.城市干线交通信号协调优化控制及仿真[D].大连：大连理工大学，2007.

责任编辑 陈 蓉

Priority design for crossing signal of tram car

ZHONG Jilin, WANG Changlin
( School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )

This paper considered intersection delay as the objective function, and optimized the phase difference between crossings along the mainline by using Genetic Algorithm, combined priority control of crossing signal with lag station dispatching of tramcar, proposed relative priority control program for signal of tramcar based on truck coordinate, designed models for simulation which showed that the program could reduce vehicle delays to some extent, and implement the tramcar punctuality.

tramcar; signal priority; trunk control; lag station dispatching

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2014）09-0048-04

2014-01-08

钟吉林，在读硕士研究生；王长林，教授。