有轨电车平交路口优先信号触发区域与时机的研究

邓嘉成

广州有轨电车有限责任公司，广东广州 510220

1 有轨电车优先控制方式选择

现代有轨电车在平交路口的优先方式有许多种，大致可分为以下几类[1-3]：

（1）在道路等级低、交通流量少的城市支路一般采用绝对优先策略，有轨电车到达时采用插入电车专用相位或跳转电车专用相位的方式，实现有轨电车优先通过。

（2）在一些次干道上通常运用相对优先和绝对优先或两者相结合的策略。如红灯早断：在有轨电车到达时刻若不处于有轨电车通行相位，则缩短有轨电车之前的相位时间。绿灯延长：若有轨电车到达时刻处于有轨电车通行相位，则将此相位绿灯时间延长至有轨电车通过。

（3）在主干道上通常采用相对优先或者是不优先的策略，减少对社会车辆的影响。

2 优先触发原理介绍

触发有轨电车路口优先的方式有很多种，以下提出一种依靠列车自身定位系统以及车-地（路口控制器）通信实现触发优先的方式[4-5]。其原理过程图如图1所示。

图1 车载自动触发路口优先原理示意图

（1）列车通过GPS定位系统、信标、列车测速等组合方式进行列车定位，与自身加载的线路数据库对比，确认自身处于接近/离去区段[6]。

（2）列车向有轨电车路口控制器发送接近/离去信息。

（3）有轨电车路口控制器向交通信号控制器发送信号优先/信号关闭请求。

（4）交通信号控制器根据约定好的优先规则对有轨电车信号灯进行开放/关闭。

有轨电车路口控制器信号的控制逻辑为：得到接近请求命令后吸起继电器，得到离去请求信号后，落下继电器。如果后续来车给出信号优先请求时，路口控制器继电器还未落下，则屏蔽前序车辆的离去信号，保持继电器吸起直到后续电车给出离去信号才落下继电器。

3 绝对优先下接近触发区域布置的选择

实行插入相位或跳转相位，存在相位转换的等待时间问题。合理优化等待时间，是提高有轨电车、社会车辆通行效率的有效方法，以下提出一种布置有轨电车触发优先区域的思考。

在广州有轨电车海珠试验段新港东路口处，社会车辆相位的结束需要经过9s绿灯倒计时，有轨电车相位的结束需要经过3s绿灯倒计时，黄闪时间均为3s。

在此讨论两种跳转到有轨电车相位需要等待的时长情况。

正常情况下，从电车发送优先信号，到跳转至有轨电车相位，需要（9+3）s的相位转换时间（或者更少），记此过程为有轨电车正常等待时间Tnormal。

“最坏情况下”，如果有轨电车信号刚开始绿灯结束倒计时，此时又一辆电车触发接近，则从电车发送优先信号，到跳转至有轨电车相位，需要（3+3+9+3）s的转换时间，记此为最长等待时间Tmax。转换过程示意图如图2所示。

图2 “最坏情况下”相位转换示意图

广州海珠试验段有轨电车在新港东路口触发优先后的最长等待时间为Tmax=9+3+3+3=18s，正常等待时间为Tnormal=9+3=12s。

有轨电车定员荷载下平均减速能力约为a=-1.1m/s2。有轨电车接近区域附近的线路限速为30km/h（8.33m/s）,通过路口的限速是19km/h（5.27m/s）。那么，根据，减速距离大约为19m，从30km/h减至19km/h则需要约3s。

正常触发情况下（司机到达接近区域触发红灯12s倒数）。

若司机先以约30km/h（8.33m/s）匀速行驶，到路口前19m处再减速至19km/h（5.27m/s），则：

S=8.33×(12-3)+19=8.33×9+19≈94m，此为12s内能走过最长的路程。记为Smax(12)。记这种快到路口前才实施减速的驾驶方式为A类方式。

最长等待时间下（司机到达接近区域时刻恰处于有轨电车信号机绿灯倒计时，需要等18s后绿灯才能重新开放）。

若司机以A类方式驾驶，即先30km/h（8.33m/s）匀速行驶13s，到路口前约19m处再减速至19km/h（5.27m/s），则

S=8.33×(18-3)+19≈144m，此为18s内能走过最长的路程。记为Smax(18)。

若司机见到绿灯倒计时后反应1s，开始减速至19km/h（5.27m/s），再匀速行驶至路口前，则：

S=1×8.33+19+(18-3-1)×5.27=8.33+19+14×5.27≈101m，此为18s内走过最少的路程。记为Smin(18)。并记这种在触发优先后立即实施减速的行驶方式为B类驾驶方式。

因此，广州有轨海珠试验段将接近区域配置在距离路口停止线约100m处。如果新港东路口经过调整，有轨电车绿灯倒计时为9s，社会车辆绿灯倒计时为9s，黄闪时间均为3s，则Tmax=9+3+9+3=24s。

以A类方式行驶，Smax(24)=(24-3)×8.33+19≈194m。此为“最坏情况下”，24s内能走的最长距离。

以B类方式行驶，Smin(24)=1×8.33+19+（24-3-1）×5.27≈132m。此为“最坏情况下”，24s内走的最短距离。

以A类方式行驶，Smax(12)=8.33×（12-3）+19=8.33x9+19≈94m。此为正常触发，12s内能走的最长距离。

为避免在“最坏情况下”，列车被迫降速至路口限速以下再启动的情况，将接近区域配置在距离路口132m处。

由图3以及上面的计算可知，将接近区域起点配置在距离路口132m的地方，正常情况下列车以A类方式行驶，12s末时刻距路口停止线的距离仍有约35m，将造成绿时浪费。

图3 距路口停止线距离示意图

4 结语

假设Tmax为有轨电车路口需等待的最长相位切换时间；Tnormal为有轨电车正常触发情况下等待的相位切换时间；Snormal为正常情况下以A类驾驶方式走过的距离；S1为最坏情况下以B类驾驶方式走过的距离；S2为最坏情况下以A类方式走过的距离。V线路限速为有轨电车在触发接近区域的线路限速；V路口限速为有轨电车通过路口的限速；Sd为有轨电车从V线路限速减速至V路口限速所需行驶的距离，Td为V线路限速减速到V路口限速所需的时间，Sd、Td与有轨电车的平均减速度、线路限速等有关。T反应为司机反应时间，记为1s。记距离路口停止线处Sm的点为布置接近触发的理想位置。

考虑正常情况也是多数情况下有轨电车的运行效率问题，需要S≈Snormal。但是为确保有轨电车在“最坏情况下”不至于降速至路口限速以下再启动，需要S≥S1。为了避免正常触发情况下浪费过多的绿灯时间，令综合以上，

根据计算公式知，Snormal、S1与线路限速、列车制动减速度、平交路口限制速度等有关，因线路限速、路口限速、列车制动减速度不易调整，可以通过调整修改有轨电车倒数时间来调整Tmax，从而调整S1，使S趋近于Snormal。通过这样布置触发接近区域点，保证了有轨电车触发优先后，“最坏情况下”在路口前不至于降速至路口限速以下甚至停车后再启动，也避免了正常触发情况下，浪费过多绿时。