现代有轨电车实现“绿波”交通应用方法研究

刘克虎，宿亚军，苏浚

(广州有轨电车有限责任公司，广州510000)

现代有轨电车实现“绿波”交通应用方法研究

刘克虎，宿亚军，苏浚

(广州有轨电车有限责任公司，广州510000)

现代有轨电车作为一种新型交通工具，与有独立运行空间的地铁不同，其线路常与道路交通交叉，通行需求经常发生冲突。通过建模计算，设定相应路口信号周期、绿信比及相位差，铺画特定的有轨电车运行图，使得有轨电车控制与道路交通控制相协同、适应。同时，结合有轨电车运行过程中的信号及通信技术，实现道路交通车辆“绿波”并实现有轨电车“绿波”，确保有轨电车旅行速度，提高运行效率和运能，增加准点率和兑现率。

现代有轨电车;绿波;运行图;信号配时

1 研究背景

现代有轨电车凭借其节能环保、舒适等优势在国内各地迎来了发展的热潮。目前广州、珠海、苏州、沈阳、天津、长春等城市的现代有轨电车部分线路均已建成并开通运营［1］。现代有轨电车的路权形式主要有全封闭路权、半封闭路权和共享路权3种［2］，基于效益和经济的综合考虑，国内普遍采用半封闭路权形式，而半封闭路权的平交道口部分为共享。对于平交道口共享的公共交通，在不采取相应的措施下，调查南京市主要公交线路延误数据，平交道口的延误时间约占总时间的28%，并且2015年《广州市城市轨道交通管理条例》修正案二审稿取消有轨电车优先通行权相关条款，未来信号优先形式暂不明确。在此形势背景下，如何保证有轨电车准点率及旅行速度?如何实现高密度行车组织?如何实现有轨电车与社会交通和谐共存?因此本文提出通过相应措施实现“绿波”交通解决此类问题的方法。

2 “绿波”通行概述及数学模型

2.1 “绿波”通行概述

所谓现代有轨电车“绿波”通行，就是对一系列交叉口上的交通信号周期、相关相位绿信比和相位差进行设定［3］，同时基于此铺画出有轨电车特殊运行图，再利用现代有轨电车信号通信技术对行车速度、停站时间等进行诱导，最终不仅使主干道上的社会车流依次到达前方各交叉口时均会遇上绿灯，同时使主干道上的有轨电车依次到达前方各交叉口时也会遇上绿灯。这种“绿波”交通减少了车辆在交叉口的停歇，提高了平均行车速度和通行能力。

2.2 建立“绿波”通行数学模型并检验

以广州有轨电车仑头线为例，有信号控制的主要交叉口如图1所示，分别为南洲路(北向东交叉口)、华南大桥下方南洲路与现状道路交叉口、南洲路与小洲南路交叉口。

图1 广州有轨电车仑头线示意Fig.1 Schematic diagram of Luntou Line for Guangzhou tram

根据现状情况，图中3处交叉口的交通量相对较多，按路口原交通组织方案设置，有轨电车与直行车流同相位。模拟3个路口的情形，给定S1、S2、S3、S4(表示各路口间距离)的值分别为2.6 km，1.89 km，1.36 km，4.2 km，给定C1，C2，C3(表示对应路口当前状态为绿灯)的值全为0，如图2所示。可得:

确定原则:通过改变K正i与K逆(n－i+1)的取值，使得T正i与T逆(n－i+1)的大小尽可能相等或者相差整数倍。若使得T正i与T逆(n－i+1)接近相等，则Ti=T正i，若使得T正i与T逆(n－i+1)相差整数倍，则Ti=kT正i(k为正整数)。

按有轨电车旅行速度25 km/h计算，得出:T1≈120 s(实际分别为119.2 s、124.8 s)，T2≈120 s(实际分别为114.4 s、129.3 s)，T3≈120 s(实际分别为121 s、120.3 s)，根据模拟的数据验证了绿波工程的可行性。

3 现代有轨电车与社会车辆“绿波”通行实现方法

3.1 纳入“绿波”交通系统平交道口的方法

1)将各平交道口根据车流量进行分类:主主相交路口、主次相交路口、主支相交路口。将主主相交路口和主次相交路口纳入“绿波”系统中，主支相交路口采用绝对优先，设计时不考虑［4］。

2)相邻两交叉口间的距离很小时，可把相邻两交叉口看作一个交叉口，采用相同的配时方案，绿灯亮灭时刻相同。

3)各相邻交叉口间距离虽然不等，但相差也不大时，调整停站时间，可将它们看作近似相等来处理，各交叉口采用相同的信号周期，且各路段采用相同的车速。

4)各相邻交叉口间距离相差很大时，各交叉口可分别按上述公式求出本交叉口的信号周期(其中k为正整数)，各交叉口信号配时方案遵循与有效绿灯时间相匹配的原则，各路段采用不同的车速。

3.2 实现流程

实现有轨电车“绿波”交通方法流程如图3所示。

图3 实现有轨电车绿波交通流程Fig.3 Flow chart to achieve tram green wave traffic

3.3 具体步骤

3.3.1 采集平交道口数据并确认信号配时

根据各交叉口渠化方案图，及各进口道的流量比得出最佳周期时长C0［5］、各相位实际显示绿灯时间和红灯时间，画出最终的配时图。

式中:Ls—车辆启动损失时间，一般为3 s;I—绿灯间隔时间，即黄灯时间加全红灯清路口时间，A—黄灯时间，一般为3 s;i—所设相位数;Y—组成周期全部相位的最大饱和度值之和，Ge—周期有效绿灯时间。

3.3.2 采集有轨电车行车数据及确认列车运行图

1)在编制列车运行图前，必须收集以下编图数据:线路通过能力和车站折返能力;最小间隔时间;列车区间运行时间;列车停站时间标准;列车在折返站停留时间标准;列车出入车场作业时间标准;运营开始和结束时间;全日分时行车量;列车交路计划;现有列车运行图完成情况分析［6］。

2)列车运行图的编制应遵循以下原则:①将各平交道口根据车流量进行分类，主主相交路口，主次相交路口及主支相交路口。将主主相交路口和主次相交路口按虚拟站设置在运行图中，主支相交路口采用绝对优先运行图，设计时不考虑;②充分考虑由于延误错过当前绿波带后，进入下一绿波带，利用折返或中间站的冗余时间进行调整，使之进入原来绿波带;③发车间隔与有轨电车平交路口最大红绿灯相位周期要成倍数关系;④应满足各项列车间隔时间，确保行车安全(列车运行速度快是城市轨道交通系统的主要优势);⑤尽量方便乘客，城市轨道交通系统是城市公共交通的重要组成部分，编制运行图时主要考虑列车发车间隔，在满足运行技术的前提下，尽量选择最小值，从而减少乘客的候车时间，安排低谷运行线时，列车运行间隔也不宜过大［7］;⑥充分利用线路的能力和车辆的能力，通常情况下，折返站的折返能力是限制全线能力的关键，因此必须对折返线的折返作业时间进行精确计算，尽可能安排平行作业，当列车周转达不到运营要求时，要合理安排列车解决高峰客流组织;⑦在保证运量需求的条件下，运营列车组数达到最少，综合考虑高峰时段列车运行速度、折返时间、列车开行方式等要素，使运营列车数量达到最少，从而降低系统的车辆保有量与运营成本。

3.3.3 实现有轨电车“绿波”通行的方法

1)与社会车辆共用“绿波”，如图4所示。

图4 与社会车辆共用“绿波”示意Fig.4 Schematic diagram of "green wave"shared with road traffic

①与有轨电车同向或共线路。根据社会车辆的“绿波”，初步确定路口信号相位周期及相位差，通过微调最终确定路口信号相位周期及相位差，并铺画基于“绿波”的有轨电车运行图。

②与有轨电车方向垂直的线路，以上述确定的信号相位周期及相位差为基准设计该线路的“绿波”交通(调整其他路口)。

2)以仑头线为例介绍实现“绿波”应用方法。

①验证现代有轨电车及社会车辆以特定的速度运行时，“绿波”通行的可行性。公式如下:

经计算得:有轨电车运行时间T1≈120 s(119.2 s、124.8 s)，T2≈120 s(114.4 s、129.3 s)，T3≈120 s(121 s、120.3 s);社会车辆运行时间T1≈120 s(111.75 s、117 s)，T2≈120 s(125.1 s、124.7 s)，T3≈120 s(126 s、131.6 s)。根据拟定按有轨电车旅行速度25 km/h，社会车辆平均速度40 km/h验证了“绿波”工程的可行性。

②初步确定交叉口配时方案。简化平交道口，仅将主主、主次路口作为“绿波”考虑关键点。采集有轨电车线路沿线交叉口数据及有轨电车运营数据，根据各交叉口的交通量初步确定交叉口配时方案。

③拟合各交叉口配时图与列车运行图。将选定的干线平交道口纳入“绿波”交通系统中，将各平交道口按与站间实际距离加入有轨电车运行图中，并将初始计算的道口信号配时图(有轨电车通行方向)按时间轴铺画其中。

④确定社会车辆“绿波”带。图解法画出与有轨电车同向(或对向)社会车辆的“绿波”带，并对路口信号配时进行调整。按与有轨电车线路相交道路的信号配时为基准进行“绿波”带设置。图解法画出双向“绿波”带，按时间轴以平交道口公共周期为间隔进行平移，得到社会车辆“绿波”带，并初步确定各平交道口相位差。

⑤确定基于“绿波”的有轨电车运行图。结合有轨电车运营数据和各路口配时方案，设置上行方向及发车时刻。先确定上行有轨电车通行相位的绿灯前1/3时刻及下行方向有轨电车的发车时刻，再确定下行有轨电车通行相位的绿灯前1/3时刻，见图5基于“绿波”的有轨电车运行图。

图5 基于“绿波”的有轨电车运行图Fig.5 Tram train diagram based on the green wave

⑥确定现代有轨电车最小间隔运行图网。结合有轨电车运营数据、路口配时方案和列车运行实际微调，形成最终基于“绿波”的有轨电车运行图网［8］。根据工作日、节假日及大型活动客流，编制基于此运行图网下的运行图(时刻表)。

4 现代有轨电车“绿波”应用方法优化

4.1 划分子区优化

为了更好地实现基于社会车辆“绿波”的有轨电车“绿波”，将限制条件进行分解分步实现，引入控制子区的概念，具体操作如下。

按实际情况以有轨电车停靠站为节点，将被控干线细分为若干控制子区［9］(见图6);在每个控制子区内，通过子区内信号参数协调优化以及有轨电车速度诱导，形成多个道口的“绿波”控制;发挥有轨电车停站调节优化功能，实时协调控制子区间的绿波信号。

图6 有轨电车控制分区Fig.6 Control divisions if tram train

4.2 基于“绿波”相对优先

为了解决人工驾驶及地面环境的复杂性所带来的列车实际运行与设定运行图误差较大的情况，在基于社会车辆“绿波”的有轨电车“绿波”基础上，实行相对优先，更好地实现有轨电车“绿波”通行［10］，具体操作如下。

1)延长绿灯时间策略:当有轨电车在绿灯即将结束的时刻到达交叉口时，延长本相位绿灯的时间，以保证有轨电车能够顺利通过交叉口;

2)缩短红灯时间策略:当有轨电车在红灯时刻到达交叉口时，缩短目前相位红灯的时间，使下一个绿灯相位提前实现有轨电车相对优先;

3)插入有轨相位策略:当有轨电车在红灯时刻到达交叉口时，等待绿灯启亮还有一段时间，可插入一个特殊的有轨电车相位，当有轨电车通过后再恢复到原有相位。

4.3 实现绿波效益

1)改善有轨电车运行环境，减少平交道口延误，提升旅行速度，缩短运行周期，提高运能和准点率。类比仑头线，采用绿波通行和正常运行情况，使有轨电车周期减少2 min 18 s(仅3个平交道口)。

2)实现平交道口不停车连续通过，减少因列车制动停车到加速启动的能耗浪费，提高了能耗效率。

3)避免因列车停车再启动通过平交道口，减少有轨电车通过平交道口的时间，降低了有轨电车对社会车辆延误的影响。

4)实现社会交通“绿波”的基础上采用有轨电车“绿波”交通，优化了社会交通，减小了社会车辆延误影响，提升了效率，并改善了环境［11］。

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(编辑:王艳菊)

Methods to Achieve"Green"Traffic for Modern Tram s

LIU Kehu，SU Yajun，SU Jun
(Guangzhou Tram Operations Management Co.，Ltd.，Guangzhou 510000)

Themodern streetcar，as a"new"vehicle，is different from themetro which has the separate operation space of its own.The linesof themodern streetcar are often associated w ith road traffic crossing，and the traffic demands often conflict.By modeling and calculations，the appropriate intersection signal cycle and the green ratio retardation is set，and the running schedule of trams is drawn，to achieve accommodation between the tram and the road traffic.Bymeans of signal communication technology in tram operation，the green wave for the road vehicle and the tram can be achieved to improve the travel speed，operational efficiency and transport capacity of the tram，and increase its punctuality rate and fulfillmen trates.

modern trams;green wave;running schedule;signal tim ing

U482.1

A

1672- 6073(2017)02- 0120- 05

10.3969/j.issn.1672 6073.2017.02.024

2016- 03 30

2017 02 14

刘克虎，男，本科，工程师，主要从事有轨电车方面的研究，liukehu@gzm tr.com

图2纳入绿波的路口简化图

ig.2 Simplified graph for intersection with"Green"wave