平面交叉口輕軌優先信號控制策略研究

平面交叉口輕軌優先信號控制策略研究摘要：本文介紹了地面輕軌系統的特點，對平面交叉口幾種典型的輕軌優先信號控制策略進行了分析和比較，并對輕軌優先信號策略實施過程中的相關問題進行了探討。關鍵詞：輕軌；交叉口；信號優先1前言 城市軌道交通系統以其大運量、高速度、無污染等特點，已成為各大城市改善城市交通狀況的重要選擇方式之一。按照技術標準和線路敷設方式的不同，常見的城市軌道交通系統可以分為地鐵、高架輕軌與地面輕軌（新型有軌電車）等幾種形式。與地鐵和高架輕軌相比，地面輕軌系統具有以下特點：（1）建設成本低。每公里造價在1-1.5億元，約為高架輕軌的1/2，地鐵的1/6，同時建設周期也短；（2）布置方式靈活。根據具體條件，線路可布置在城市道路中間帶、道路一側或兩側，也可以利用舊式有軌電車線路進行改造，或與市區鐵路共軌運行；（3）方便乘客。乘客可以在地面車站直接上下車，而不用先換至地下或高架車站，新型低地板輕軌車輛的應用更是方便了老年人、殘疾人等特殊乘客乘車。此外，一旦線路區間或車站內發生事故，乘客的疏散也更容易。 由于地面輕軌具有的上述特點，使之在世界范圍內得到了廣泛的應用。在歐洲和北美的許多城市，地面輕軌系統在整個城市公共交通體系中發揮著重要的作用。 隨著經濟的發展和城市化進程的加快，我國的城市交通問題日趨嚴重，各大城市都認識到軌道交通系統是解決城市交通問題的重要手段之一。目前我國已有十幾個城市建成或正在建設軌道交通系統。其中這絕大部分是地鐵和高架輕軌，僅有香港、大連等少數城市擁有地面輕軌。地面輕軌在我國較少被采用，主要原因在于大多數人認為地面輕軌在交叉口處與其它車輛混行，運行效率和安全性較差。如果處理好地面輕軌在交叉口的優先通行問題，那么其效率和安全是有保障的，并能收到良好的運營效果。2交叉口輕軌優先信號控制策略2.1被動優先策略 被動優先信號控制策略是在交叉口信號固定配時的基礎上，在每個信號周期內增加專用的輕軌信號相位，在該相位階段只允許輕軌車輛通行，從而達到優先控制的目的。具體的信號周期長度和輕軌專用相位出現的時間，是根據輕軌的平均行駛速度、發車頻率、站點位置等因素來確定。為達到更好的控制效果，往往還需要對交叉口進行必要的渠化和管制，以減少輕軌與其他機動車流的潛在沖突，如設置中間島、禁止機動車左轉等。 由于不用設置輕軌車輛檢測器等附加設備，實現該控制策略所需的成本較低。但當不是每個信號周期都有輕軌車輛通過交叉口時，其有關的信號時間就會被浪費掉，同時造成交叉口整體延誤時間的增加。因此，雖然被動優先控制策略在一定程度上可以提高輕軌的運營效率，但在一般情況下并不推薦采用。2.2絕對優先策略 絕對優先的輕軌信號控制類似于鐵路列車通過交叉口時的獨占式信號控制模式。在此種模式下，當安裝在交叉口上游的入口檢測器檢測到有輕軌車輛到達時，交通信號控制器就會中斷當前的信號相位，直接給予輕軌車輛通過信號；當交叉口下游的出口檢測器檢測到輕軌車輛已通過交叉口后，再恢復原來的信號相位。這樣當輕軌列車到達交叉口時就可以不減速地直接通過，實現輕軌運行時的“一路綠燈”。 在絕對優先信號控制策略的實施中，輕軌車輛的檢測是一個重要的因素。為保證控制系統的可靠運行，要求輕軌車輛檢測器必須具有較高的準確性、靈敏性，不能誤檢和漏檢輕軌車輛。目前國外輕軌優先控制系統常采用的車輛檢測方式主要有以下幾種：（1）利用路旁架設的雷達或超聲波檢測器檢測輕軌車輛位置；（2）利用軌道內設置的磁感應或光學裝置檢測輕軌車輛位置；（3）利用車載無線電發射器和地面接受器檢測輕軌車輛位置。 輕軌車輛檢測器的具體安裝位置可根據輕軌平均行駛速度、交叉口清理時間及安全制動距離等因素綜合確定，如附圖所示。 絕對優先控制策略可以確保輕軌列車在通過交叉口時不受任何延滯，但對橫向車流的影響非常嚴重。當交叉口的橫向交通量較大時，這種控制策略很容易引起交通阻塞。因此，通常在交通流量較低的交叉口或與市區鐵路共軌運行的輕軌線路上，才采用這種控制策略。2.3完全優先策略 與絕對優先類似，在完全優先控制策略中，也需要在交叉口設置車輛檢測器，通過檢測輕軌車輛的位置確定是否給予其優先信號。但與絕對優先不同的是，該策略并不是無條件地中斷當前信號相位，而是通過調整一個信號周期內不同相位出現的時間來達到使輕軌優先通行的目的。通常，在此種控制策略中有兩種基本的信號調整方式：（1）早斷。當檢測器檢測到有輕軌接近交叉口時，若當前相位輕軌方向的信號為紅燈，則通過調整信號機時相，為輕軌車輛提前提供綠燈；（2）遲啟。對已經進入綠燈區的輕軌車輛延長綠燈時間，使其能夠順利通過交叉口。 通過早斷和遲啟等手段調整信號相位，可以為絕大部分的輕軌車輛提供優先通行條件，同時對橫向車流的影響較絕對優先控制策略減少。因此，這種控制策略在國外輕軌及公共汽車的優先信號控制系統中被廣泛采用。2.4部分優先策略 在完全優先策略中，對每一列輕軌都試圖提供優先通行條件。當輕軌班次較密時，可能會造成信號相位的頻繁調整，對同向車流和橫向車流造成干擾。因此，一些城市的交通控制系統采取有選擇地為輕軌車輛提供優先信號的策略，即部分優先策略。依據具體情況的不同，選擇的標準可以是下列中的一種或幾種：（1）對提前或準時的輕軌不提供優先信號，僅對偏離時刻表的晚點列車提供優先信號；（2）在高峰期為輕軌列車提供優先信號，平時不提供優先信號；（3）只對載客量超過一定數量的輕軌提供優先信號，例如乘客超過200人的輕軌列車；（4）權衡輕軌列車延誤與機動車延誤，確定是否為輕軌提供優先信號。 與完全優先策略相比，部分優先策略的適用范圍更廣。但實現該策略需要信號控制系統提供額外的附加信息，以確定何種車輛在交叉口能得到優先通行權，因而系統的整體成本會有所增加。3不同控制策略間的比較 附表從輕軌列車延誤、橫向車流延誤、系統建設成本三個方面對前述四種輕軌優先信號控制策略進行了比較： 從附表可以看出，四種策略在不同指標上各有優劣，很難選出一個“最佳”的控制策略。在實際應用中，應根據輕軌沿線交叉口交通流量、交通管理水平、系統投資限制等具體條件選擇合適的優先控制策略。必要時，可采用支持輕軌優先的交通仿真軟件，對各種輕軌信號優先控制策略的實施效果進行分析與評估，確定采用何種方式。4結束語 地面輕軌系統具有運量大、造價低、靈活方便等優點，可作為中等城市公共運輸體系的骨干，或大城市軌道交通網絡的補充。妥善處理好地面輕軌在交叉口處的優先通行問題，能使其獲得較高的運營效率和社會經濟效益。參考文獻：【1】何宗華.城市輕軌交通工程設計指南.北京：中國建筑工業出版社，1996：225-254【2】鄭祖武.中國城市交通.北京：人民交通出版社，1994：113-116【3】許紅，馬建軍，吳芳.發展輕軌運輸是改善城市公共交通現狀的重要途徑#鐵道運輸與經濟，1999（1）：19-21【4】王文斌，于大海，張吉輝.輕型軌道優先交通信號控制系統.電子產品世界，2001（3）：31-35【5】Ronald JB,et al An Overview of Transit Signal Priority. ITS America, 2002 7:2-9.