有轨电车专有信号灯的设计与控制方法探析

毛昱+欧冬秀

摘 要：随着城市交通问题的加剧，有轨电车以其优势被很多城市列入规划议案。相比法国等欧洲国家，我国有轨电车的工程设计尚处于起步阶段。文章从设置有轨电车专有信号灯的必要性展开分析。重点分析了有轨电车专有信号灯灯组的设计方法，基本功能，控制原理与方法，为有轨电车的工程设计提供了一定的参考。

关键词：有轨电车；专有信号灯；控制设计

中图分类号：U482.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）21-0086-02、

有轨电车是一种近年来较流行的新型公共交通系统之一，由于其绿色环保，运量较大，投资较低等特点，最近在中国很多城市都建成线路或纳入了项目规划议程。

对于半独立路权的有轨电车，其在路段享有独立路权的车道，但在路口与普通社会车辆共用路权[1]，其信号控制是有轨电车项目的研究热点。尤其是在实施有轨电车信号优先策略下，信号灯的协调控制。

在国外，例如法国的有轨电车系统几乎都设置了专有信号灯控制系统，并有详细的技术指南。而国内尚无相关的规范标准，所以有必要借鉴和探讨有轨电车专有信号的设计方法。

1 设置有轨电车专有信号灯的必要性

由于有轨电车系统自身的技术特点，在交叉口依靠道路交通的信号灯行驶会降低整个系统的效率和安全性。因此有必要设置专用信号灯，具体原因如下：

（1）道路交通信号灯在不同的路口会有不同的布置方法，有轨电车在交叉口间为一个封闭地系统，有轨电车驾驶员若在交叉口观测设计给道路交通的信号灯会可能需要转移一定角度的水平或垂直视线，而有轨电车专有信号灯可以放置于正前方的标准高度上，可以提高驾驶员的效率。

（2）由于有轨电车的技术指标与机动车不同，其绿灯间隔时间，黄灯时间灯参数甚至相位都会与同方向的机动车流不同，例如，有轨电车需要更长的清空时间。如果使用原有的道路交通信号灯，则会出现信号配时参数选择的混乱。因此，对有轨电车这一特殊的交通流进行单独的信号控制，可以实现对交通流有针对性的精细控制。

（3）在很多情况下，有轨电车与机动车的冲突控制与机动车与机动车的冲突控制不一致。最典型的例子就是有軌电车通行时，不允许开放与其冲突的左转车流的绿灯相位。若原本的道路交通信号控制中没有区分直行与左转的单独相位，则使用原有的道路交通信号控制则难以到达控制条件。

（4）从系统性质上来说，有轨电车系统介于铁路系统和道路系统之间，因此，在某些路段可以会用到铁路系统的闭塞控制，道岔控制。这些铁路系统信号灯的控制信号难以与道路交通信号相融合。有轨电车控制中心也可以在必要情况下独立控制专有信号灯。

2 有轨电车专有信号灯的灯组配置方法

根据国际公共交通联盟（UITP）推荐的信号灯设置，有轨电车信号灯由三个显示灯[2]表达，其设计原理类同于道路交通的红黄绿三色信号灯，但表达却与道路交通信号灯形式完全不同。其仅仅使用黑白两色的显示，且使用横条竖条来表示通行与禁止通行。这样设计是主要考虑到，该信号灯安置在普通道路中，而有轨电车信号灯会普通信号灯处于不一致的相位，不应该让小汽车驾驶员与普通道路信号灯混淆。该信号灯独立给有轨电车驾驶员提供信号，驾驶员可以通过系统的培训有效了解其规则。其信号灯的相位主要有以下四个表示。

a.禁止通行信号

最上方的水平信号亮起表示禁止通行，在大多数情况，即设有有轨电车检测的路口，该信号在检测器没有检测到有轨电车时都显示为该信号，在该相位下，有轨电车驾驶员需要停止在停车线前，等待信号灯的转变。

b.通行信号

最下面的竖条灯亮时表示有轨电车可以通过交叉口，与有轨电车冲突的机动车流正处于红灯。

c.通行信号末期过渡信号

中间的实心圆为有轨电车过渡信号，过渡信号，该信号表示禁止通行信号即将亮起，车辆应该做出停车的操作指令。除非该过渡信号亮起时，有轨电车已经接近停车线，无法安全制动，则可以通过交叉口。由于该过渡信号需要一定的决策时间，驾驶者需要在停车和继续行驶之间做出选择。如果需要停止则需要保证驾驶员有足够的时间提前量来刹车。

d.禁止通行信号末期过渡信号

当最上方的水平信号与中间的实心圆同时亮起时该过渡信号一般为1～2秒，主要用于给驾驶人一个动态的信号灯转变过程，使得有轨电车驾驶人可以提前确认信号灯即将转变。

除此之外，该信号灯还可以用中间小黄点的闪烁来表示信号灯控制系统有故障，此时有轨电车应该依靠目视行车，以10m/s以下的速度通过交叉口。

在城市道路平交交叉口的条件下，以上四个相位的相位转移应遵循以下顺序，如图2所示。

3 有轨电车专有信号的控制方法

由于有轨电车信号控制系统与道路交通系统具有差异性，其在交叉口交通流协调方面又具有共同性。如何协调好分属于两个不同交通系统的信号灯控制，使得有轨电车专有信号灯与原有的道路交通信号灯系统相配合，对交通流的稳定和安全尤为重要。

如图3所示为一个简单的道路交通信号灯与有轨电车信号灯的信息交互与协调控制组织图。左边为道路交通控制系统，右边为有轨电车信号控制系统。有轨电车检测器将有轨电车位置信息传递给有轨电车信号灯控制单元，信号灯控制单元通过预先设置好的相应算法进行控制的预处理，同时，道路交通检测单元也按照原有的检测流程将信息传递给道路交通信号灯控制单元。[4]若有轨电车的信号灯控制单元有对路口信号的请求，例如优先请求，有轨电车信号灯的控制单元与道路信号灯的控制单元通过通信接口将信息互相交互，从而启动信号控制系统的优先算法，将控制信息再传递给有轨电车信号灯控制单元。同样的，道路交通信号灯对每个相位的启动与结束指令也会通过该接口提前通知给有轨电车信号灯控制单元，从而使得有轨电车信号灯可以执行相应的路口信号控制算法。

有轨电车相比于常规车辆在车辆特性与运行特征等方面存在差，主要表现在如下两点。第一，有轨电车车辆长度较长，因此需要更长的行驶时间通过交叉口。第二，有轨电车在一般运行状态下，其加减速度与制动速度较小，因此需要更长的启动时间和制动时间。

正是由于存在上述的一些差异与区别，当有轨电车融入到城市交通系统中时，为了保障有轨电车安全、有效的运行，需要对常规信号配时中的参数做重新配置。由于有轨电车的车长较长。因此，较一般社会车辆，有轨电车需要更长的时间通过交叉口。如果有轨电车专有信号灯的通行相位的切断时间与普通车辆一致，那么会发生社会车辆在交叉口已清空后有轨电车依然滞留在交叉口的情景。因此，应该提前控制有轨电车的绿灯相位，即有轨电车需要更早地切断其绿灯相位。相比普通小汽车的减速度在4m/s2左右，有轨电车1.2m/s2的減速度需要更长的过渡信号以保证有轨电车司机能对信号灯做出反应来保证安全。

4 结论及建议

设置有轨电车专用信号灯对有轨电车的运行控制有重要意义，其独立的控制在保证有轨电车运行稳定的同时，也解决了有轨电车性能参数与普通小汽车的不同，需要单独控制的问题。与独立路权的轨道交通不同，有轨电车系统往往是介入了本身及存在的道路交通系统中。有轨电车专有信号灯的设置对于有轨电车而言是一套专有的信号系统，但对于交通系统来说却不能孤立的存在，安全高效的使得整个交通系统运行才是有轨电车专有信号灯设置的根本目的。

在中国有轨电车规划建设的同时，设置有轨电车专用信号灯也要在借鉴其表象的同时，了解到信号灯的控制原理和方法。同时应结合中国的道路交通环境和经验参数去调整好该专用信号的控制参数，并针对不同路口做出适用性的论证设计。

参考文献：

[1]苗彩霞.现代有轨电车系统特点及应用前景[J].都市快轨交通，2013（03）：9-12.

[2]Muller， G.， Tramways-Advantages contraintes et exploitation. Techniques de L'ingenieur[M].2011.

[3]STRMTG， Signal d'Aide à la Conduite pour les réseaux de transports guidés type tramway ou assimilé[M].2009.

[4]欧冬秀.交通信息技术[M].上海：同济大学出版社，2007.

[5]隋悦家.现代有轨电车及其车辆的发展[J].城市车辆，2001（05）：36-39.