现代有轨电车路口信号优先控制的方案及比选

袁江波

（中国中车南京浦镇车辆有限公司，210031，南京∥工程师）

现代有轨电车路口信号优先控制的方案及比选

袁江波

（中国中车南京浦镇车辆有限公司，210031，南京∥工程师）

现代有轨电车路口信号优先方案的选择与实施直接影响现代有轨电车运营速度及运营效能，是现代有轨电车规划和建设中必须优先考虑的。介绍了现代有轨电车的路权模式，详细阐述了现代有轨电车路口信号优先控制的各种方案并对方案进行了比选。建议结合路口特点和项目特点选择合适的路口信号优先方案，以实现现代有轨电车运营效能最优化。

现代有轨电车；路权模式；信号优先

Author＇s address CRRC Nanjing puzhen Vehicle Co.，Ltd.，210031，Nanjing，China

2014年，国内40多个城市规划建设有轨电车，全国有轨电车的远期规划线路已将近5 000 km，而在2020年前要建设的线路就超过2 500 km。在这样一个有轨电车磅礴发展的背景下，如何提高有轨电车的运营速度，对提高有轨电车的运营效能、实用性都非常重要，路口信号优先方案及实施的好坏正是提高有轨电车运营速度的关键因素之一。

1　现代有轨电车路权模式

现代有轨电车路权可分为独立路权模式（即全封闭）、优先路权模式（交叉路口开放）和混合路权模式（全开放）三种。三种路权模式的有轨电车旅行速度不同：采用独立路权模式时的旅行速度可达30～35 km/h，采用优先路权模式时的旅行速度可达25～30 km/h，采用混合路权模式时的旅行速度为20～30 km/h。由于采用独立路权模式的有轨电车线路对地面交通的影响较大，会导致地面交通难以组织，故目前国内外主流有轨电车均采用优先路权和混合路权两种模式。国内有轨电车建设多以优先路权为主。采用优先路权模式的有轨电车线路，其路口信号优先方案是影响有轨电车运营速度及效能的关键因素。

2　现代有轨电车路口信号优先控制系统

非独立路权有轨电车在地面路段与社会车辆共同行驶在道路上，且与其他车道之间存在平面交叉。道路交叉口信号优先控制的理念是：在保证不对整个交叉口或干线车辆运行产生严重影响的前提下，减少有轨电车延误，降低有轨电车行程时间，提高有轨电车的准点率及运行效率。

2.1路口信号优先控制系统的信号采集

有轨电车通过平交道口前，信号机系统先采集有轨电车位置。主要采集方式有检测器（环形线圈）、GpS/BD（全球定位系统/北斗卫星导航系统）定位、射频信号和短程通信四种。

（1）检测器（环形线圈）采集。这是采集路口车辆信号最常用的手段。由于有轨电车行驶速度快，为保证信号采集，检测器的安装位置必须距离路口足够远。因此，如果采用该方式，检测器到路口信号机的线路较长，工程量大，投资也大。

（2）GpS/BD定位系统采集。GpS/BD卫星定位系统能全程监控每辆有轨电车的位置和速度，能及时准确地掌握车辆的状态，并计算出每辆有轨电车达到路口和到达车站的时间。由于有轨电车GpS/BD采集的信息一般集中在控制中心，且控制中心与每一个路口信号机之间的信息传递存在障碍。因此，如果采用该方式，不仅需要敷设光缆，还要给路口信号机安装解码器，投资较大。

（3）射频信号采集。该方式需在有轨电车上安装车载射频信号发射器，并在路口信号机上安装接收器。当有轨电车到达路口前方80～100 m时，由司机按下车载射频信号发射器，将车辆位置信号发送至信号机，并请求信号机给予优先通行信号。

（4）无线短波（无源信标）通信。该方式需在有轨电车上安装短波设备。当有轨电车到达路口前方80～100 m时，有轨电车上的短波设备与路边短波设备建立通信，请求路口信号机给予优先通行信号。

2.2路口信号优先控制系统的控制方式

2.2.1就地检测控制方式

传统的路口优先系统一般采取就地检测、传输、就地控制的方式。无论采取哪种信号采集方式，路口信号优先控制系统均由车载设备、轨旁检测设备、传输线路、轨旁控制设备、道路交通信号控制箱等几个部分组成。由车载设备和轨旁设备来确定车辆位置，并将位置信息传输给轨旁控制设备；由轨旁控制设备给道路交通信号控制箱发送列车到达信息，由道路信号控制系统对相应的信号优先进行控制。以无源信标控制为例，其路口优先控制方式如图1所示。

图1　无源信标控制的路口优先控制方式

当有轨电车越过路口处的接近信标时，有轨电车车载控制主机将有轨电车的接近信息通过车载无线通信单元发送到轨旁控制箱；轨旁控制箱通过无源干接点将电车的到达信息发送到道路交通信号控制系统；由道路交通信号控制系统对相应的信号优先进行控制和调度。当有轨电车越过离去信标时，也以同样的方式将有轨电车离去信息传送到道路交通信号控制箱，并由道路交通信号控制系统对道路交通信号进行控制。无源信标路口优先控制方式流程图如图2所示。

图2　无源信标路口优先控制方式流程图

2.2.2远程集中控制方式

远程集中控制方式一般先通过GpS/BD对有轨电车位置、速度、运行方向等信息进行采集，再将信息打包传送给控制中心，由控制中心对各信号机进行集中控制。远程集中控制方式一般与智能交通系统结合，本文以南京河西有轨电车1号线为例予以说明。

南京河西1号线有轨电车采用了一种全新的有轨电车路口优先控制方式，即将有轨电车路口信号优先纳入智能交通系统的道路公交信号优先系统进行实施。主要控制原理为：有轨电车先通过车上的GpS定位系统，收集车辆的位置、行进速度、行进方向等信息，并进行打包，再通过无线专用数据通道将数据实时传输到车辆基地控制中心；控制中心对接收到的数据进行处理后，通过光缆将数据传输至交管中心路口信号管控平台，交管中心根据接收到的数据及有轨电车沿线当时的交通状况制定最优的行车策略，并下发至相关道路交通信号控制箱，对路口信号灯进行控制（采取延长、提前、增加或跳跃相位实时调整交叉口信号控制方案），从而实现有轨电车的优先通行。远程集中控制的路口优先系统如图3所示：

2.3路口信号优先控制系统的控制模式

现代有轨电车规划的定位不同，相应的速度要求也不同。根据不同的速度要求，有轨电车路口信号优先控制模式主要分为绝对优先、相对优先、常规信号行驶。

图3　远程集中控制的路口优先系统

（1）绝对优先。检测到有轨电车到达平交道口时，强行插入信号，给予有轨电车绿灯，以保证有轨电车优先通过平交道口。这种路口信号优先控制方式对路面交通影响较大，很少全线采用，一般仅在郊区或支路、小路口使用。

（2）相对优先。通过采取一定的信号控制方案，使交通信号优先系统不仅能保证有轨电车通过平交路口的需求，而且还能保证路口其他交通的正常秩序。相对优先能避免因信号、设施、渠化等因素制约而造成的交叉口通行能力大幅下降，以及对交通安全造成的影响。相对优先能在可接受范围内给予有轨电车尽可能的信号优先，可减少有轨电车在交叉路口的停车次数及等待时间，提高有轨电车一次性通过路口的比例。

（3）常规信号行驶。有轨电车通过平交道口时按照路面常规交通车辆行驶规则行驶。

2.4平交路口信号灯控制方案

为了提高有轨电车运营效能，同时保证不对路面其他交通造成较大影响，在平交路口有轨电车往往会采取绝对优先、相对优先及常规信号行驶相结合的模式。即依据相交路口等级，对各平交路口采取不同的信号灯控制方案。

2.4.1与主干道相交路口

在有轨电车与主干道相交路口，由于相交道路等级高，且车流量也较高，为避免对平交道口通行能力及秩序造成较大影响，故一般采取常规信号控制手段。有轨电车前进方向相位配时需满足有轨电车通过需求。即算出有轨电车在路口停车等待位置起步直至有轨电车尾部通过路口所需时间，保证在有轨电车前进方向上单个相位绿灯时间不小于所算出时间。

2.4.2与次干道相交路口

在有轨电车与次干道相交路口，应在保证主干道有轨电车顺畅通行的同时，尽量减少对次干道的交通延误。一般采用有条件信号优先的相对优先控制手段。

如检测到有轨电车到达恰在主干道绿灯时间即将结束时，则采取延长绿灯相位时间的办法保证有轨电车优先通过，但最大延长时间不宜超过正常绿灯时间的1.5倍。如延长时间过长，则即使检测到有轨电车到达，也将相位转换为次干道绿灯。此时次干道绿灯时间为最小绿灯时间。最小绿灯时间根据路口实际通行情况制定。

如检测到有轨电车到达恰为主干道红灯时，则检测次干道绿灯剩余时间。如大于次干道最小绿灯时间，则转换至次干道最小绿灯时间，如小于，则保持正常读秒。

具体的信号灯控制逻辑如图4所示。

图4　与次干道相交路口信号灯控制逻辑

2.4.3与支路、小路相交路口

由于相交支路、小路的道路等级低，车流量小，且流量波动性较大，一般采用绝对优先控制手段。

在有轨电车线路与支路或小路相交的平交路口，应对有轨电车所在的主干道保持优先通行的绿灯信号，对支路、小路保持红灯状态。当检测到支路、小路有社会车辆通过时，先检测主干道是否有有轨电车即将到达，如无有轨电车，则支路、小路转换绿灯；如主干道有有轨电车到达，则再检测支路、小路是否有后续车辆到达；如有后续车辆，则支路、小路转换绿灯；如无后续车辆，则保持主干道绿灯，待有轨电车通过后，再将支路、小路转换为绿灯。相应信号灯控制逻辑如图5所示。

图5　支路、小路口信号灯控制逻辑

2.4.4人行横道信号控制方案

由于人行通道等级最低，且人流量波动性较大，故人行道信号灯控制需采取优先决定。

在有轨电车与人行横道相交的平交路口，持续对有轨电车通过方向保持绿灯信号，对人行横道设置行人通过按钮，当行人需要通过道口时主动按下按钮。信号系统会立即检测有轨电车是否即将到达，如无，则给予人行横道绿灯信号；如有，则在有轨电车通过后给予绿灯信号。其信号灯控制逻辑如图6所示。

图6　人行横道信号灯控制逻辑

2.5典型平交道口信号优先设置

2.5.1路中直行时的信号优先设置

路中直行指有轨电车线路敷设在市政道路中央，且有轨电车通过时，在路口与社会车辆共用市政道路直行绿灯相位。绿灯通行时间不小于有轨电车正常速度通过路口所需要的时间。有轨电车通行时上、下行社会车辆禁止左转。

2.5.2路侧直行时的信号优先设置

路侧直行指有轨电车线路敷设在市政道路两侧或一侧，且有轨电车通过时，在路口共用市政道路直行绿灯相位。通行时长按不小于有轨电车正常速度通过路口时间需要，根据有轨电车敷设于道路左右侧不同，社会车辆相位禁止不同。

（1）如有轨电车在道路左侧，则当有轨电车通行时上行社会车辆禁止右转、下行车辆禁止左转。

（2）如有轨电车在道路右侧，则当有轨电车通行时社会车辆上行禁止左转、下行车辆禁止右转。

（3）如有轨电车在道路两侧，则当上行有轨电车车通过时上行社会车辆禁止右转、下行车辆禁止左转；当下行有轨电车通过时，则上行社会车辆禁止左转、下行车辆禁止右转。

2.5.3路中转路侧或路侧转路中时的信号优先设置

路中转路侧或路侧转路中，即有轨电车线路在市政道路路中与路侧之间转换。有轨电车通过转换路口时，路口须设置有轨电车专用相位，当有轨电车到达路口时激活插入相位，待有轨电车通过后恢复正常相位序列。

3　现代有轨电车路口信号优先方案的比选

有轨电车线路设计方案选取的原则如下：

（1）路权模式选择。路权模式选择需结合项目规划，选择合适的路权模式。同一线路也可依据线路情况对不同路段采取不同的路权模式。根据国外有轨电车项目经验，一般在人员密集的市中心区域采用混合路权，在郊区采用独立路权或优先路权模式，以确保有轨电车的平均旅行速度。

（2）路口信号采集方案选择。各方案均有缺点。检测器（环形线圈）、GpS/BD定位采集方案工程实施困难，投资费用高。射频信号采集方案属于被动采集，对司机要求较高，如司机不按按钮，路口信号机就收不到信号，不予以优先放行；如司机按钮按过早，则路口信号机不反应；按迟了，路口信号机来不及调整相位。无线短波通信方案实现相对比较简单。故建议在没有特殊要求的情况下采用无线短波通信的方式，即无源信标方式。

（3）路口优先控制方式选取。远程集中控制一般要通过GpS/BD采集有轨电车位置、速度等信息。由于GpS/BD采集数据传输时存在一定的误差和延时，甚至丢失，容易导致信号灯的误动作；且集中控制方式需将所有有轨电车经过的路口的信号灯控制箱联网，费用较大。所以，在原本无智能交通实施计划或智能交通实施滞后于有轨电车建设区域，不建议采用集中控制方式。

（4）线性选取。由于有轨电车在路中路侧转换时，需要单独设置有轨电车通过相位，对平交道口交通组织影响较大，所以在有轨电车线性选取方面尽量少设置路中路侧转换，宜采取单独的路侧布置或单独路中布置。

4　结语

现代有轨电车路口信号优先方案的选择，直接关系到有轨电车运营速度及运营效能。因而，在有轨电车规划建设阶段，必须结合项目特点选择合适的路口信号优先方案，并与有轨电车项目建设同步实施，同步投入使用；在调试阶段，对各路口进行逐一调试，为各路口选择最优配时方案，以实现有轨电车运营效能的最优化。

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Alternative Options of Modern Tram Traffic Signal Priority Control

Yuan Jiangbo

The selection and implementation of signal priority mode for modern tram is directly related to the running speed and operational efficiency of modern tram lines，and should be firstly considered in planning and construction. In the paper，the right-of-way mode of modern tram is introduced，alternative options of modern tram traffic signal priority control are described.In the selection of signal priority mode for modern tram，the characters of intersections and projects shall be first considered，so as to realize the optimal operation of modern tram.

modern tram；right-of-way mode；signal priority mode

U 491.2+32∶U 482.1

10.16037/j.1007-869x.2016.03.011

（2014-12-30）