现代有轨电车平交道口常规道路交通流通过能力分析

罗 文 唐光华

(广州有轨电车有限责任公司，510030，广州//工程师)

采用混合路权的现代有轨电车，在运营中不可避免地会与道路上的常规道路交通流发生冲突。尤其是在平交道口，常规道路交通流状况更为复杂，直接影响平交道口的通过能力。但国内目前仍缺乏对现代有轨电车平交道口常规道路交通流通过能力研究，没有较好的、能够有效应用的平交道口常规道路交通流通过能力模型。本文对影响现代有轨电车平交道口通过能力的关键因素进行分析，并在此基础上建立了平交道口常规道路交通流通过能力模型，以期促进现代有轨电车的合理规划和发展，并提高平交道口的通行效率。

1 现代有轨电车平交道口常规道路交通流通过能力的关键影响因素分析

影响现代有轨电车平交道口常规道路交通流通过能力的关键因素主要包括非机动车交通、平交道口车道数、信号相位控制及现代有轨电车开行对数等。

1) 非机动车交通的影响：非机动车交通以行人、单车、三轮车等慢行交通为主。该种交通方式的参与者具有不确定性和无规则性的特点，容易使平交道口处的常规道路交通流速度减低、堵塞，甚至中断，导致平交道口常规道路交通流通过能力降低。

2) 平交道口车道数的影响：通常情况下，平交道口的车道数越多，其常规道路交通流通过能力就越强。因此，普遍采用压缩已有车道、增加短车道的方式来提高平交道口常规道路交通流的通过能力。

3) 现代有轨电车的影响：现代有轨电车线路穿越平交道口，一方面增加了现代有轨电车与其他道路交通的冲突点，影响平交道口常规道路交通流的通过能力；另一方面现代有轨电车线路采用路面敷设，造成路面凹凸不平，常规道路交通一般都会减速通过，因此会影响平交道口常规道路交通流的通过能力。

以广州现代有轨电车试验段新港东路口T字型的平交道口为例，在路面上铺设现代有轨电车轨道后，平交道口的冲突点由2个增加至了4个(如图1所示)，这明显加重了平交道口的冲突性；而且冲突点越多，影响越大，平交道口常规道路交通流通过能力折减也越多。

a) 穿越前

4) 信号相位控制的影响：平交道口信号相位控制包括信号周期、相位数量、相位顺序，以及相位的红、绿、黄灯时间等部分。每一部分的变动都能改变平交道口常规道路交通流的通过能力，如：绿灯时长直接决定该相位内车流的通过数量；黄灯时长则影响周期时长，进而影响车流通行时间的损失。

5) 现代有轨电车开行对数的影响：单位时间内现代有轨电车的开行对数，直接影响现代有轨电车在平交道口的通行频率。现代有轨电车的通行频率越高，对常规道路交通的影响就越大，平交道口常规道路交通流通过能力也就越低。

2 现代有轨电车平交道口常规道路交通流通过能力模型

现代有轨电车平交道口常规道路交通流通过能力是指单位时间内各个交通信号相位中通过该平交道口的最大车辆数(pcu/h)之和。主要受平交道口大小、形状、车道数，以及车辆走行方式、现代有轨电车路权形式、交通信号控制方式等影响。最主要的影响因素为信号相位控制方式及车头时距。

平交道口车道数的多少决定了常规道路交通流通过能力的大小。在不同的车道间，相同功能的车道其通过能力相同；不同功能的车道其通过能力的计算方法不同。本文采用单个车道作为最小单元进行计算。

在现代有轨电车平交道口，由于轨道穿越其中，影响常规道路交通流正常通过，因此导致车头时距变长，常规道路交通流通过能力降低。因此，在功能相同车道中需分别计算穿越轨道与非穿越轨道的常规道路交通流通过能力。

2.1 通过能力计算的典型方法

国内外计算平交道口常规道路交通流通过能力的方法主要有停车线法、规范法、冲突点法及HCM(公路通行能力手册)法4种,如图2所示。本文采用停车线法计算现代有轨电车平交道口常规道路交通流通过能力。

图2 平交道口通过能力计算方法

2.2 单车道通过能力计算模型

本文只讨论车辆在直行、左转及右转情况下的单车道通过能力，其余不在讨论范围。对于现代有轨电车平交道口，虽然分为穿越轨道和非穿越轨道，但相同功能的单个车道的通过能力计算方法一致。

2.2.1 直行(左转)车道通过能力

(1)

式中：

Cs——单条直行(左转)车道的通过能力，pcu/h；

Tc——交通信号周期，s；

tg——绿灯时长，s；

t0——启动损失时间，s；

ti——平均车头时距，s。

t0=v/2a

(2)

式中：

v——车辆运行速度，m/s；

a——车辆平均加速度，m/s2。

2.2.2 右转车道通过能力

右转车道在有右转信号灯控制时，计算方式与直行(左转)车道通过能力一样；在无信号灯控制时，则可随时右转，其计算方式如下：

(3)

式中：

CR——单条右转车道通过能力，pcu/h；

ti——平均车头时距，s。

2.3 不同信号控制方式下平交道口通过能力

2.3.1 无信号优先下平交道口通过能力

(4)

(5)

m——相位数量；

n——相位车道数；

Cj——车道通过能力，pcu/h；

Ck——相位通过能力，pcu/h；

k——相位顺序；

C0——无信号优先下平交道口通过能力，pcu/h。

2.3.2 相对信号优先下平交道口通过能力

相对信号优先即通过早起或者延迟现代有轨电车相位绿灯开放时间，提高早到或者晚到路口的现代有轨电车的通过概率。因此，相对信号优先下平交道口通过能力的大小主要受现代有轨电车到达路口早晚点的概率、相邻信号相位车辆通过能力、现代有轨电车开行对数及其相位等因素影响。故其计算模型如下：

C=C0+2f(β1+β2)p1-2fβ1p2-2fβ2p3

(6)

式中：

β1——绿灯早起的概率；

β2——绿灯延迟的概率；

p1——现代有轨电车相位下的其他车辆通过能力，pcu/h；

p2——现代有轨电车前一相位的其他车辆通过能力，pcu/h；

p3——现代有轨电车后一相位的其他车辆通过能力，pcu/h；

f——相对有轨电车开行对数，对/h。

2.3.3 绝对信号优先情况下平交道口通过能力模型

在绝对信号优先控制下，现代有轨电车除享有相对信号优先控制权外，还可通过插入现代有轨电车相位的方式提供信号优先。因此，其计算模型如下：

(7)

式中：

β3——插入相位的概率。

tstreetcar——现代有轨电车相位绿灯时间，s。

3 交通调查与数据分析

3.1 参数定义

车头时距(h)是指在相同车道上行驶的连续2辆车通过某一参照物的时间差。本文以车辆前端保险杠通过平交道口停止线的时间差来计算车头时距。

h=t2-t1

(8)

式中：

h——车头时距，s/Veh；

t2——续行车辆通过停止线的时刻；

t1——前行车辆通过停止线的时刻。

并以此计算出平均车头时距为：

(9)

式中：

h′——平均车头时距，s/Veh；

hi——每辆车的车头时距，s；

n——样本容量。

3.2 调查地点及方法

针对广州市有轨电车运营现状，选取新港东路平交道口进行交通调查。新港东路平交道口流向示意图如图3所示。该路口为路中转路侧型平交道口，其中A、B、E为常规交通道路，C、D为现代有轨电车线路。

图3 新港东路平交道口流向示意图

由于新港东路口交通流量较大，需采集的样本数量较多，且要求精度足够高，因此本文采用视频法调查交通流平均车头时距状况。

3.3 数据采集与处理

3.3.1 数据采集

所谓视频法，即采用能够精确显示时间的摄像机录制视频，时间精度可达到0.01 s，以保障所采集数据的准确性。在实际调查过程中，以停止线为基准，采集新港东路平交道口常规道路交通流数据信息。通过计算相邻2辆车通过停止线的时间差得出车头时距。

由于在计算平交道口最大常规道路交通流通过能力时，所有车辆均需处于跟随状态。参考HCM法，车头时距以5 s为界，当车头时距超过5 s时，车辆不在跟随状态，视为异常数据，需人工剔除。最终将剩下的合格数据求平均值，得到平均车头时距，如表1所示。

表1 新港东路平交道口样本统计结果

3.3.2 模型参数标定

新港东路允许速度为60 km/h，直行道设计速度为允许速度的0.7倍(42 km/h)，加速度为1.5 m/s2；转向道设计速度为允许速度的0.5倍(30 km/h)，加速度为1.2 m/s2。

路段行驶速度为60 km/h，直行车道设计速度为路段行驶速度的0.7倍(42 km/h)，转向车道设计速度为路段行驶速度的0.5倍。按照公式2，计算得出新港东路口各相位车辆起动损失时间，如表2所示。

表2 模型参数设定表

3.4 平交道口通过能力计算过程

新港东路平交道口的相位控制流向包括社会车辆(相位1)、现代有轨电车(相位2)及人行过道(相位3)，如图4所示。没有现代有轨电车通过时，平交道口交通信号显示，只有社会车辆相位及人行过道相位参与周期轮换，全相位周期为120 s；有现代轨电车通过时，则采用插入相位的方式实现绝对信号优先控制。各相位绿灯时长如图4所示。

图4 新港东路口相位示意图

3.4.1 无信号优先控制下车流通过能力

1) 直行穿越轨道通过能力：直行(3条车道)Cs=821 cpu/h。

2) 右转穿越轨道通过能力：右转(3条车道)CR=820 cpu/h。

3) 右转非穿越轨道通过能力：右转(1条车道)CR=928 cpu/h。

因此，无信号优先控制下新港东路口通过能力C0=5 860 cpu/h。

3.4.2 绝对信号优先下平交道口通过能力

因此，由公式7计算得出新港东路口通过能力:C=2 870 cpu/h。

在绝对信号优先控制下，新港东路平交道口常规道路交通流的通过能力较无信号优先的通过能力大打折扣。这主要是为了提高现代有轨电车的准点率而使用信号优先，扰乱了其他常规道路交通的通行秩序，导致平交道口通过能力降低。因此，在现代有轨电车规划、设计阶段，就应该充分考虑现代有轨电车对常规道路交通的影响，通过合理有效的措施来提高整个路网运行效率。

4 结语

目前，现代有轨电车正在国内蓬勃发展，但对现代有轨电车合理规划和设计方面的研究还比较欠缺，尤其是采用混合路权的现代有轨电车对社会车辆造成的影响等研究更是甚少。本文旨在解决

现代有轨电车平交道口常规道路交通流的通过能力问题，在分析影响现代有轨电车平交道口常规道路交通流通过能力关键因素的基础上，利用停车线法建立了现代有轨电车平交道口在各交通信号类型情况下的常规道路交通流通过能力模型。基于广州现代有轨电车试验段新港东路口的交通调查数据，计算出平均车头时距，并基于模型得出无信号优先及绝对信号优先下的平交道口常规道路交通流通过能力。通过上述研究，以期对现代有轨电车的规划、设计、管理，以及提高路网运行效率提供指导意见。