现代有轨电车路口信号的相位控制策略

谭庭浪

(广州有轨电车有限责任公司，510000，广州//工程师)

公交优先是交通管理中体现大众优先的一种政策，从优化交通流分配、节省整体出行时间的角度来看，其是交通信号相位控制必须考虑的问题。现代有轨电车作为城市公共交通的一种方式，其运行的准时性、舒适性及安全性比传统公共交通要求更高。若不在平交路口的交通信号管理中配以相应的优先控制策略，则现代有轨电车的作用将得不到充分发挥。

安全、高效的平交路口信号控制系统对于在不影响其它社会车辆通行的前提下提升现代有轨电车运能、保障交通安全方面有着至关重要的作用。因此，研究半封闭路权的平交路口现代有轨电车信号相位控制策略，有利于城市道路交通的组织。

1 平交路口

平交路口是城市道路交通的瓶颈地带，由此汇集通过的机动车、非机动车及行人方向各不相同，存在大量的干扰与冲突。现代有轨电车经过复杂的平交路口多以共享路权为主，存在较大的运营安全风险。

对现代有轨电车而言，平交路口通常可以分为路中直行、路侧直行、路中转路中和路中转路侧等四种类型。路口的现代有轨电车通行方式如图1所示。现代有轨电车所经过的平交路口类型在很大程度上决定着信号相位控制策略的选择。

图1 平交路口类型

2 路权形式

可供现代有轨电车选择的路权形式主要有全封闭路权、半封闭路权和共享路权。现代有轨电车作为某个城市公共交通的一种新型方式，路权形式的选择要综合考虑城市公共交通需求、城市道路布局及与其他交通方式的融合。

(1) 全封闭路权形式。现代有轨电车线路与其它交通方式完全隔离，不受干扰，具有完全独立的路权。采用全封闭路权的形式，可保证现代有轨电车的运行速度处在较高水平，可提高运行快捷性、安全性及舒适度。

(2) 半封闭路权形式。现代有轨电车线路采用地面敷设方式，基础设施建设简单、经济、便捷，对其它交通方式影响小，与城市道路布局结合好，既能充分发挥现代有轨电车的优势，又能兼顾其它道路车辆通行，投资相对节约。

(3) 共享路权形式。现代有轨电车线路不实行物理上的封闭，与路面交通混合行驶，在交叉路口遵循道路交通信号或享有一定的优先权。

现代有轨电车建设较多采用半封闭路权，在平交路口路段共享路权，其它路段独享路权。本文论述的信号优先策略主要适用于半封闭路权方式。

3 相位控制策略

信号相位控制策略主要针对半封闭的路权形式，通过对平交路口交通信号相位控制策略的优化设计，在减少现代有轨电车对社会车辆干扰的同时，实现现代有轨电车必要的信号优先权，以提高现代有轨电车的通行效率。相位控制策略主要分为传统定时、延长绿时、提前换相及插入相位等四个子策略。

(1)传统定时策略。在传统定时控制策略下，若现代有轨电车在轨道方向绿灯即将结束时接近路口，由于系统按定时控制计划进行相位切换，电车将被阻止通过该路口；或者相位切换恰好发生在电车部分通过路口的时刻，电车也会被阻止通行。此时电车停车，等待轨道方向绿灯信号开放。此策略适用于共享路权形式。

(2)延长绿时策略。当系统检测到现代有轨电车在轨道方向绿灯末期到达，且正常信号时长下无法完全通过平交路口时，延长该方向的绿灯信号时间放行现代有轨电车，避免其停车等待绿灯信号开放。绿时延长量根据电车的长度、定位及通行时间动态调整，满足电车安全通过路口的要求。

(3)提前换相策略。系统检测到现代有轨电车在轨道方向红灯相位到达时，若系统检测机动车道上的社会车辆到达率较低，为减少现代有轨电车停车等待绿灯开放的时间，可以提前结束现代有轨电车冲突方向的绿灯相位，开放现代有轨电车绿灯相位，让现代有轨电车得以提前通过平交路口；若系统检测机动车道上的社会车辆到达率较高，为减少社会车辆排队等待时间，则不执行提前换相策略。

(4)插入相位策略。当检测到现代有轨电车在红灯相位到达时，系统在当前相位插入现代有轨电车绿灯相位，保证现代有轨电车的通行，避免红灯停车等待时间。插入相位策略相对简单，系统不需考虑机动车道上的社会车辆到达率及延误情况，但对社会车辆影响较大。此种策略适用于道路交通流不繁忙的绝对优先权方式。

4 实例分析

以广州现代有轨电车新港东路平交路口为例作分析。该路口采用路中转路侧的平交类型，其流向示意图如图2所示。为简化计算，不考虑行人和非机动车的影响，所有车流的设计饱和流量均为1 000 pcu/h(pcu指折算标准车)。

图2 新港东路平交路口流向示意图

现代有轨电车、公交车辆折算为小汽车当量的折算系数分别为f=5、f=2，小汽车、公交车及现代有轨电车的平均载客分别为PC=3人/车、PB=30人/车及PT=190人/车。各股车流的车辆到达率、客流量及流量比如表1所示。其中，B车道无公交车及现代有轨电车通行；A车道无现代有轨电车通行；C、D车道为现代有轨电车专用道，无社会车辆通行。现代有轨电车行车间隔为6 min。

表1 平交路口各流向基本数据

根据一般信号控制平交路口相位设计原则，该路口采用如图3所示的相位设计方案。社会车辆A、B车道使用相位1，现代有轨电车上下行方向使用相位2，A1、B方向与现代有轨电车的C、D方向相位冲突。

图3 相位设计方案

根据韦伯斯特定时信号停车延误公式:

式中:

d——每辆车的平均延误；

q——车辆到达率；

C——周期时长；

λ——考察相位的绿信比；

y——流量比,y=q/s(s为设计饱和流量)；

x——饱和度。

由上式可求出各相位中各个流向的车均延误。为便于计算，不计延误公式第3项对延误的影响，则1个周期内整个平交路口社会车辆的车均延误为2.79 s，现代有轨电车的车均延误为13.95 s。

各相位方向的人均延误目标函数为:

式中:

Dp——人均延误量；

V1，V2，V3——分别为小车、公交车、现代有轨电车流量；

α1，α2，α3——分别为小车、公交车、现代有轨电车平均载客量；

d1，d2，d3——分别为小车、公交车、现代有轨电车平均延误。

根据上式计算可得社会车辆方向相位1的人均延误为3.40 s，现代有轨电车方向相位2的人均延误为13.95 s。

由此可见，在传统定时策略方式中，现代有轨电车与社会车辆的平均延误相比，车均延误多11.16 s，人均延误多10.55 s。为提高现代有轨电车的通行效率及舒适度，宜在该平交路口的相位设置中采用插入相位的策略，减少现代有轨电车乘客的时间延误。

5 结语

传统定时控制策略对现代有轨电车不设置优先通行权，适用于交通流繁忙地段，避免对社会交通产生影响；延长绿时或提前换相策略给予现代有轨电车信号相对优先的同时，也减少对社会交通的影响；插入相位策略对现代有轨电车的优先效果最佳，但对社会交通的影响最大(尤其是既有社会交通车流量较大的路口)，适合在交通流较小的平交路口使用，可提高现代有轨电车的通行效率。为充分提高路口资源的利用率，平交路口信号相位应结合路口特点及车流量，合理选择相应的优先控制策略。