车路协同环境下的现代有轨电车信号优先配置策略

朱军功 隆 冰 胡兴华

(1.重庆市交通规划研究院,400020,重庆; 2.北京交通大学交通运输学院,100044,北京//第一作者,高级工程师)

车路协同环境下的现代有轨电车信号优先配置策略

朱军功1隆 冰1胡兴华2

(1.重庆市交通规划研究院,400020,重庆; 2.北京交通大学交通运输学院,100044,北京//第一作者,高级工程师)

为了避免现代有轨电车在交叉口与社会车辆通行发生冲突,均衡现代有轨电车与社会车辆的通行效益,在非饱和交叉口中,针对现代有轨电车早到和晚点两种情况,构建了现代有轨电车优先控制策略的基本框架。以延长绿灯时间、缩短红灯时间、插入优先相位三种优先策略为基础,提出了现代有轨电车优先主导下的交叉口控制流程;并结合现代有轨电车车速引导控制,提出了车速引导与交叉口信号组合控制策略。

现代有轨电车; 信号控制; 非饱和交叉口; 车速引导; 组合控制策略

First-author′s address Chongqing Transport Planning Institute,400020,Chongqing,China

现代有轨电车信号控制系统受城市道路交叉口信号控制系统的影响较大。国内外专家学者对现代有轨电车在交叉口的信号控制方法进行了大量研究:文献[1]分析了现代有轨电车交通信号绝对优先、相对优先、独立信号三种信号控制方案,并对三种方案的优缺点、方案选择原则、接口内容、接口设备构成等做了对比分析。文献[2]分析了现代有轨电车线路平面交叉、运能限制、速度限制等主要技术特征,提出网运分离、资源共享、交通协调的现代有轨电车规划运营方法。文献[3]通过车路通信方式获取车辆位置、速度等数据,运用整数规划模型对单个交叉口信号控制参数进行优化,提出了车路协同下的交叉口控制方法。文献[4]根据车路协同系统获取的车辆位置、速度、行驶方向等实时信息进行建模,构建了在线的交叉口信号优化控制方法。

本文考虑了现代有轨电车与社会车辆在平面交叉口的交互影响和冲突,针对现代有轨电车早到和晚点两种情况,基于延长绿灯时间、缩短红灯时间、插入优先相位三种控制策略,结合现代有轨电车速引导控制,提出了车速引导与交叉口信号控制的组合优先控制方法。

1 车速引导下的现代有轨电车信号优先控制框架

道路交叉口的现代有轨电车信号优先控制系统主要由车载调度系统、车辆检测系统、无线通信系统、数据控制中心和智能信号控制机等5个子系统组成。

通过交叉口进口道上游路段车辆检测系统检测、识别现代有轨电车,并实现车载调度系统与车辆检测系统的信息交换;车载系统获取检测系统传输的交叉口相位状态、电车引导车速等信息,车辆检测系统则获取车辆的速度、载客量等信息。数据控制中心综合现代有轨电车的到达时刻、运行速度、引导车速等信息,评估并预测其到达交叉口的时刻。智能信号控制系统结合现代有轨电车预期到达时刻、绿灯时间需求及交叉口信号灯当前的相位状况,优选交叉口优先控制策略,并控制信号灯色跳转。

图1 车速引导下的现代有轨电车信号优先控制系统

2 现代有轨电车信号优先控制流程分析

2.1 信号优先控制的基本方式

2.1.1 延长绿灯时间策略

检测到有列车时,通过数据控制中心预测列车到达交叉口时刻。若列车到达时刻交叉口信号灯的相位为绿灯,则需判定剩余绿灯时间是否能够满足列车通过交叉口的时间需求;如果不能满足,则拟采用延长相位绿灯时间的优先控制策略。此时,判断在相邻相位剩余绿灯时间内能否排空进口道车流排队,若能排空,则执行延长绿灯时间策略。绿灯执行时间末端的延长绿灯策略如图2所示。

图2 绿灯执行时间末端的延长绿灯策略

若数据控制中心预测列车到达时刻交叉口信号灯的相位为红灯,则需判断列车到达时刻在红灯相位的位置。如果在红灯前端,则通过上一相位绿灯时间延长等方式给予列车优先通行机会。红灯执行时间始端的延长绿灯策略如图3所示。

图3 红灯执行时间始端的延长绿灯策略

2.1.2 缩短红灯时间策略

检测到有列车时,通过数据控制中心预测列车到达交叉口的时刻。若列车到达时刻交叉口信号灯的相位为红灯,则需判断列车到达时刻在红灯相位的位置。如果列车到达时刻在红灯相位的位置位于红灯末端,则通过当前相位缩短红灯时间的方法给予列车优先通行的机会。红灯执行时间末端的缩短红灯策略如图4所示。

2.1.3 插入优先相位策略

检测有列车到达时,数据控制中心预测列车到达交叉口时刻。若列车到达时刻交叉口信号灯的相位为红灯,则需判断列车到达时刻在红灯相位的位置。如果列车到达时刻在红灯相位的位置位于红灯中端,则通过在红灯相位插入列车优先相位的策略实现列车优先通行。红灯执行时间中端的插入优先相位策略如图5所示。

2.2 信号优先控制流程

现代有轨电车信号优先控制流程如图6所示。当数据控制中心预测列车到达时刻交叉口信号灯为绿灯时,智能信号控制系统需判断列车到达时刻绿灯相位的位置。若该时刻位于绿灯相位前段或者中部,则列车可顺利通过交叉口,无需采取优先措施。当数据控制中心预测列车到达时刻交叉口信号灯为红灯时,智能信号控制系统需判断列车到达时刻红灯相位的位置。若该时刻位于红灯相位前段则可通过延长上一相位绿时确保电车优先通行;若到达时刻位于红灯相位中部,则需在红灯相位时间中部插入优先相位;若判断到达时刻位于红灯相位末端,则需缩短红灯执行时间,减少列车等待绿灯的时间。

3 车路协同环境下现代有轨电车信号优先控制策略分析

在车速引导环境下,通过对现代有轨电车的车速进行引导,调整和优化列车到达交叉口停车线的时刻,避免或降低列车在交叉口的排队延误和停车启动延误;与此同时,配合交叉口配时参数调整,最大化提升现代有轨电车和交叉口的通行效益。现以延长绿灯时间、缩短红灯时间、插入优先相位三种策略为基础,构建车速引导与配时优化组合策略。

图4 红灯执行时间末端的缩短红灯策略

图5 红灯执行时间中端的插入优先相位策略

图6 现代有轨电车信号优先控制流程

3.1 早到情况下的优先控制策略

若现代有轨电车早点到达,可通过引导适度降低车速,缩减早到时间。在有信号优先控制策略的交叉口,可通过缩短红灯时间策略,配合车速引导,优化列车到达时刻,保障现代有轨电车优先通行。引导减速和缩短红灯时间组合策略如图7所示。通过该组合策略,避免单一减速策略导致列车经过交叉口时运行速度过低,影响现代有轨电车运营效率;同时,适度减速也压缩了列车早到时间,缩短了优先策略时长,可避免交叉口非优先相位社会车辆因绿灯时间过短出现二次排队。

3.2 晚点情况下的优先控制策略

若现代有轨电车晚点,且晚点时间相对较短,可采用延长绿灯时间策略保障列车优先通行。在车速引导环境下,通过引导提升车速,缩短电车晚点时间,同时配合交叉口延长绿灯时间策略,保障列车顺利平稳通过交叉口。引导提速和延长绿灯时间组合策略如图8所示。通过该组合策略,一方面可以避免单一提速策略导致列车经过交叉口时运行速度突兀变化,影响列车舒适性;另一方面也缩短了优先控制策略时长,减弱了对交叉口社会车辆的不利影响。

图7 引导减速和缩短红灯时间组合策略

若现代有轨电车晚点时间较长,交叉口相邻非优先相位难以承受优先相位延长绿灯造成的时间损失,则可在车速引导环境下,通过引导提升车速,并配合插入优先相位的组合策略,保障列车顺利通过交叉口。引导速度优化和插入优先相位组合策略如图9所示。

图8 引导提速和延长绿灯时间组合策略

图9 引导速度优化和插入优先相位组合策略

若现代有轨电车早点时间较长,交叉口相邻非优先相位难以承受优先相位缩短红灯时间造成的时间损失,则可在车速引导环境下,通过引导适度降低车速,并配合插入相位的优先策略,避免或减少列车在交叉口的等待时间。

4 结语

我国城市道路交通拥堵问题日益严重,优先发展地面大客运量交通系统已逐渐成为共识。交叉口作为城市道路通行能力的瓶颈,制约着整个路网的通行效率。在不过多影响交叉口社会车辆通行效益的前提下,应尽可能为现代有轨电车优先通行提供条件,提升交叉口的整体通行效益。通过组合优先控制的方式,可均衡现代有轨电车与交叉口社会车辆的通行效益。该方式具有很好的应用前景。

[1] 刘海军,赵正平.现代有轨电车与交通信号系统接口方案分析[J]. 都市快轨交通,2014,27(2): 119-121.

[2] 朱卫国.从系统特征看有轨电车网络规划 [J].都市快轨交通,2015,28(3):42-45.

[3] PRIEMER C,FRIEDRICH B. A decentralized adaptive traffic signal control using V2I communication data[C]//Proceedings of the 12th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems.St.Louis,MO,USA:IEEE,2009:765-770.

[4] GOODALL N J,SMITH B L,PARK B.Traffic signal control with connected vehicles [J].Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board,2013,2381:65-72.

[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] 张存保,冉斌,梅朝辉,等. 车路协同下道路交叉口信号控制优化方法[J].交通运输系统工程与信息,2013,13(3):40-45.

[7] 张存保,陈超,严新平. 基于车路协同的单点信号控制优化方法和模型[J].武汉理工大学学报,2012,34(10):74-79.

[8] 李鹏凯,杨晓光,吴伟,等. 车路协同环境下信号交叉口车速引导建模与仿真[J].交通信息与安全,2012,3(30):136-140.

Signal Priority Strategy for Modern Tram in the Environment of Vehicle/Road Cooperation

ZHU Jungong, LONG Bing, HU Xinghua

To avoid the conflicts between modern tram and road traffic,and balance the traffic benefit in tram intersection,according to the condition of modern tram′s early and late arrivals,a basic framework of priority control strategy is established.Its signal control process is based on three strategies:the green extension,the red truncation and priority phase insertion,and a intersection control process to ensure the priority of modern tram is proposed.Combining with tram speed guidance control, an integration of speed guidance and intersection signal control is put forward.

modern tram; signal control; unsaturated intersection; speed guidance; combined control strategy

U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.04.023

2016-04-28)