基于软件模型的有轨电车路口优先研究

张立杰



基于软件模型的有轨电车路口优先研究

张立杰

（广州地铁设计研究院有限公司，广东 广州 510010）

通过软件开发创建有轨电车运行环境中的多元素模型，包含三种路口形式、社会车辆、有轨电车、社会车辆信号灯和电车专用信号灯以及车道等，结合线路状况，模拟仿真有轨电车的路口优先，从而确定项目工程设计阶段和实施阶段的路口设置及相位参数设置，为有轨电车项目设计提供了参考依据。

有轨电车；路口优先；运营仿真

0 引言

现代有轨电车不仅造价低、建设周期短而且单位能耗少、无污染、运输能力大，逐渐被很多的城市所认可，因此在我国也呈现了整体发展的趋势。广州、南京、沈阳、苏州、淮安和武汉等都已经开通了有轨电车线路，并将其积极纳入到城市综合交通规划当中。

预计到2020年，有轨电车建设的线路将超过2500公里。在这样一个迅猛发展的背景下，如何提高有轨电车运行和社会公共交通的和谐运行，对提高有轨电车的运营效率和实用性都非常重要，路口优先的好坏起到了决定性的作用[1-7]。但是在有轨电车工程项目初步设计阶段，并没有很好的方法去实际模拟有轨电车在经过路口的方式。结合新型有轨电车运营调度系统的研究项目，本文介绍了基于GUI模型的有轨电车路口优先软件开发[1]。

1 项目需求

结合广州海珠区有轨电车试验段的线路情况[8]和广州道路交通系统情况，针对不同的路口型式提出合理可行的路口优先方案，为有轨电车线路设计提供参考依据。

（1）针对有轨电车不同路口型式（T型、十字路口、Y型路口）、车站过轨等进行相位设计和相位优化。

（2）通过相位周期测算、有轨电车专用相位时间测算等，确定出适合典型路口的相位周期、优先原则和优先实施方案。

路口仿真软件的用户为轨道交通地铁设计院或行业内专业公司，所提供的软件既要能对运营场景进行准确评估，支持长时间仿真，同时也要具有一定的智能化水平，能够对运行的情况进行一定程度的分析预警[2]。

2 系统架构

路口优先控制软件主要是用于有轨电车经过路口时的路口优先仿真测试，针对社会车辆和有轨电车的两种相位、有轨电车的行车间隔、有轨电车的速度、路口间的车道长度、有轨电车流量、有轨电 车相位时间等实际影响因素进行可配置化的仿真测试，从而确定合理的车路参数、路口优先方式、以及路口优先相位设置。

其系统功能在设计时，考虑到不同的站场设计方便，分为图形和应用两部分，从软件层次架构上，分为5层，如图1所示：

图1 系统层次架构

3 GUI设计

GUI设计是软件研究的重要一步，如何做到根据不同的站场、快速地在界面上展示道路图并且能够做到图形间的一致性检查诊断，这就要求合理的模型设计及关联检查[3]。

3.1 道路图规划

站场道路配置模块主要实现根据用户需求动态组合多种路口，包括十字路口、丁字路口（4种形式）、直行路口（2种形式），默认安装30个。动态多路口组合的实现，在30*30的栅格中通过“选择” 按钮，实现不同路口的选择，路口选择完成后，并动态选择轨道在路口的铺设方式，从而实现全路口、轨道连接图。

软件最大的优点是，会提供一种方式供用户可以修改每一个路口参数、信号灯参数、电车请求参数。配置结束后，可以保存在指定路径下，默认保存在软件所在目录下。当然用户也可以直接导入其他正确的道路图。

用户在道路规划界面通过“选择”按钮选择不同的路口，重新绘制站场道路图，并在每一个路口设置电车轨道在路口的铺设方式，从而形成完整的道路轨道图；或是通过加载之前保存的正确的配置文件来修改站场道路图，并将重新绘制或修改的道路图保存到配置文件中。站场道路图配置完成后，再通过路口参数设置界面、信号灯参数设置界面、电车请求参数界面来设置路口的相关数据，并将这些数据通过文件读写模块保存到相应的配置文件中。

操作区是由30*30个带有【选择】按钮（可以配置）的矩形框构成。

点击【选择】，进入路口类型选择界面，在该界面依次点击【路口参数设置】、【信号灯参数设置】、【信号灯分组】、【电车请求】按钮，从而完成该路口的相关设置，最后点击【选择】按钮，关闭路口类型的选择界面，并在道路规划点击【选择】按钮的地方加载出已经选择并设置好参数的路口。如图2所示：

图2 路线参数设置

每个路口必须选中两个方格，同一行（列）的方格有且只能选中一个。可以在已有的线路中进行修改路口相关设置，比如路口类型及其相关参数设置。

点击菜单栏“道路图规划”时，打开道路规划界面。

3.2 新增路口设置

点击操作区区域中的【选择】按钮，进入路口选择界面。如图3所示。

3.3 路口参数设置

在路口类型选择界面，点击【路口参数设置】按钮，进入路口参数设置界面。

4 软件功能设计

路口运营仿真的TSC模块，是路口优先软件的重要功能之一，它用于控制路口信号灯的相位，包含列车专有信号灯。当路口无列车接近即列车无请求时，TSC控制当前路口信号灯周期运行；当列车接近路口向TSC发送请求时，TSC根据当前路口的轨道线型和路口优先设置控制当前路口社会车辆信号灯相位和有轨电车专用信号灯相位。

电车进入路口后，不显示实时位置，仅标记成区域占用，电车位于道路中央。电车驶离后，区域不再占用[4-5]。

图3 新增路口设置

社会车辆依据相应信号灯相位运行。信号灯相位在列车经过路口时需要根据3个优先来决定[9-10]：

4.1 相对优先

当电车接近路口发出优先请求，TSC收到优先请求会根据路口当前拥堵情况决定是否给电车优先。如果路口电车所在信号机冲突方向（例如电车东西向行进，南北向即为敌对方向）社会车辆拥堵情况正常（如处于绿色范围）则给电车优先响应；如果路口电车所在信号灯冲突方向（例如电车东西向行进，南北向即为敌对方向）拥堵情况已处于较拥堵状态（如处于黄色范围）则当前时间不做响应，间隔一定时间待拥堵缓解后再做出优先响应，相对优先策略可设定参数，由用户输入；

4.2 绝对优先

不论当前路口处于什么状态，当电车接近并请求优先时立刻中断当前路口相位时序，根据电车接近路口时间，提前为电车开放绿灯。待电车完全驶离路口后再恢复相位[6]。

4.3 不优先

不优先指不对电车发出的优先请求做出响应，电车在路口等待社会车辆绿灯放行时一同通过路口，不优先电车信号灯与社会车辆信号灯相关设置由用户设置。

路口信号灯由TSC控制，用户设置各个灯组信号灯红绿灯运行周期时间，继而后端数据处理，社会车辆信号灯按照对应编号的灯组设定的显示顺序，循环显示红色、红黄、绿色、黄色等。当路口设置为列车绝对优先时，电车接近路口发出请求信号给TSC，TSC决定响应时间，最大为冲突相位的最小绿灯时间+黄灯时间。有轨电车信号灯只有红、绿两种。

软件运行结束，可以提供仿真报告，仿真报告分两种：

（1）仿真正常结束报告：是在仿真正常结束后自动弹出的，同时可以再次点击菜单中的【仿真报告】按钮，进行二次查看。

（2）仿真异常结束报告：是指软件运行过程中出现了参数配置不合理而导致的异常，所生成的报告。如图4所示。

图4 仿真报告

5 结论

路口优先一直是有轨电车项目运营高效最受关注的焦点，该软件可以对设计院在项目初步设计阶段起到电车路口选型的作用，还可以对智能信号系统在工程实施阶段起到有轨电车路口参数配置的模拟仿真调试作用[7-8]。

国内有轨电车的建设正处于一个高速发展时期，每个建设城市都进行了有轨电车线网的规划，在2020年前国内要建设的线路就超过2500 km。各规划设计院的工作都非常繁重，该软件可以对项目设计起到快速有效的仿真指导作用[9-10]。

[1] 闫学顺, 王景晖, 张俊杰. 基于Android的智能医疗管理软件设计方案研究[J]. 软件, 2018, 39(07): 33-36.

[2] 赵桔青, 陶福寿. 基于GIS的城镇土地资源承载力评价[J]. 软件, 2018, 39(07): 52-56+88.杨永平, 边颜东, 周晓勤. 我国发展有轨电车存在的问题及建议[J]. 都市快轨交通, 2014(5): 1-3.

[3] 吴其刚. 现代有轨电车系统发展的重难点及对策研究[J]. 铁道工程学报, 2013(12): 89-92.

[4] 李凯, 毛励良, 张会. 现代有轨电车交叉口信号配时方案研究[J]. 都市快轨交通, 2013(2): 104-107.

[5] 袁江波. 现代有轨电车路口信号优先控制的方案及比选[J]. 城市轨道交通研究, 2016(3): 51-55.

[6] 刘新平. 新型有轨电车信号系统方案研究[J]. 城市轨道交通研究, 2012(5): 50.

[7] 广州地铁设计院股份有限公司. 广州海珠区有轨电车试验段工程初步设计资料[J]. 2012.

[8] 易立富. 现代有轨电车的路口优先策略及信号控制技术[J]. 铁道通信信号, 2016(11), 62-64.

[9] 苗刚. 现代有轨电车交叉路口信号优先方案研究[J]. 施工技术, 2015(3): 9.

Research on Tramway Intersection Priority Based on Software Model

ZHANG Li-jie

(Guangzhou Metro Design and Research Institute Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510010)

The article establishes multi-element model of tram running environment with software development, which includes three intersection forms, social vehicles, trams, social vehicle signal lights and special tram signal lights and lanes. Combining with line conditions, it simulates intersections priority of trams to determine establishment of intersections and phase parameters of project at design and engineering stage, and provides reference for tram project design.

Tram; Intersection priority; Operation simulation

U482.1

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.12.046

张立杰(1984-)女，高级工程师本科，研究方向：轨道交通及有轨电车的设计工作。

张立杰. 基于软件模型的有轨电车路口优先研究[J]. 软件，2018，39（12）：202-206