新型有轨电车交叉路口信号优先控制研究——以嘉兴市有轨电车T1线为例

李 廷,王 康,陈浩田

(嘉兴职业技术学院 智能制造学院,浙江 嘉兴 314036)

0 引言

有轨电车具有高效、廉价、节能、环保等特点,被越来越多的城市采用,截至2021年2月3日,中国内地共有19个城市有轨电车已投入运营,共计35条线路,运营总里程470.242 km,轨道总里程419.726 km[1]。有轨电车运行在专用钢轨上,其路权决定有轨电车的运行模式与控制模式。轨道交通的路权可分为专用路权、部分专用路权、无专用路权。大连、上海、香港等城市有轨电车系统采用无专用路权,与机动车混行,在平交路口遵守自动控制信号灯,道岔扳动由司机通过无线控制;大部分城市有轨电车采用部分专用路权,与社会车辆共享路权,采用在信号控制系统下人工驾驶的形式,如武汉、苏州、嘉兴等城市;部分城市有轨电车采用专用路权,线路与道路交通、行人隔离,运行效率与安全性显著提升,但是成本较大,如佛山等[2]。

嘉兴为中等城市,市区人口仅有92万,出行距离以短距离为主。有轨电车作为轨道交通中低运量的轨道交通形式,适合嘉兴现状与未来规划。嘉兴有轨电车贯穿城市中心,远期规划7条线,总长约98 km,构成“网格放射”的网络形态。近期规划为35.7 km的“8字”放射轨道线路,实际投入运营线路T1线一期工程自安乐路站至嘉兴南站,线路长13.8 km,平均站间距986 m[3]。

嘉兴有轨电车采用部分专用路权,在交叉路口与其他道路参与者共享路权[4],在其他路段用栏杆或路缘石隔离形成部分专用路权。有轨电车到达交叉路口时间存在时间的随机性特征,通行效率会受到其他道路交通参与者影响。另一方面,有轨电车体积大、加减速性能差,从而对信号的安全性、保障性要求更高;因此,在道路平面交叉口处采取必要的信号协同控制策略,将有轨电车通行信号适度优先,提高有轨电车的交叉口的通过能力和服务水平,不对其他道路交通造成较大的延误。

2 新型有轨电车交叉路口交通冲突

新型有轨电车行驶在专用的钢轨上,钢轨一般是路中或路侧铺设,有轨电车直行或转弯与其他道路参与者存在较多的冲突点。交叉路口是不同方向交通参与者集中冲突点,为保证交通安全以及提高通行效率,依次给予不同前进方向的车辆、行人相应的通行权与时长。用以控制交通流向的交通信号灯构成相位,平交路口一般是两相位与四相位信号控制[5](见图1)。有轨电车通行方向主要是中央直行、一侧直行、中央转中央、中央转一侧4种。当交通信号灯为两相位布置,有轨电车在路中行驶时,直行方向与对向社会车辆的左转相冲突,所以有轨电车不适合两相位布置。交通信号四相位布置与两相位对比,有轨电车等待时间会变长,通行效率会降低,但是四相位布置将直行与左转分离,将有轨电车与社会车流冲突通过时间错开的方式分离,从而保证交叉路口的交通安全。

图1 平交路口信号控制方案

2.1 有轨电车中央直行

交通信号按照四相位布置,直行车辆与左转车辆在两个相位放行,时间上的分离可有效地消除冲突,其中有轨电车与同向直行车辆共用一个相位。有轨电车对于刚建设有轨电车的城市来说是新鲜事物,其他道路参与者不习惯与有轨电车处于同一个交通空间,容易产生交通事故。机动车驾驶者需要改变驾驶习惯,才能不会因为有有轨电车参与交通,从而增加交通事故。左转的机动车驾驶者在直行绿灯的情况下,会将车习惯性转到左转待行区等待左转绿灯亮,会与直行的有轨电车产生干涉,所以在有轨电车转弯的路口,不允许社会车辆进入待转区。地面标线与标志标识需要将禁止左转待行区标示出来,才能有效避免交通事故。有轨电车与社会车辆的共存交叉路口不允许调头,也需要在标志标识里面明确出来,用以警示驾驶员改变驾驶习惯。

2.2 有轨电车一侧直行

在常规驾驶经验中机动车右转是允许的,不受交通信号灯的控制,但是有轨电车路侧直行与社会车辆的右转相冲突,需要增加右转信号灯来避免冲突。对于地市级城市或者大城市郊区,一般交叉路口的流量相比大城市不大,交通信号灯没有专设一个右转弯标志标识,所以在有轨电车刚开通的城市需要专门设置交通引导员,帮助社会车辆驾驶员养成习惯,适应有轨电车带来的变化。

2.3 有轨电车中央转中央

有轨电车中央转中央,涉及左右转向,对于有轨电车右转情况,有轨电车对于同向车辆的直行、对向车辆的左转、垂直方向的直行会产生冲突。对于有轨电车左转情况分析,对向车辆的直行、垂直方向的左转、垂直方向的直行都会产生冲突。为避免距离过近造成的事故,有轨电车与同向转向驾驶的社会车辆用一个相位。因为大部分有轨电车与社会车辆的事故是发生在左转弯的情况下,最好社会车辆左转右置,与有轨电车距离1个车道以上。

2.4 有轨电车中央转一侧

有轨电车中央转一侧,如果转向的一侧是靠近有轨电车的一侧,对交通路口的影响较小,在上述相位设置下可以解决冲突。有轨电车转向较远的一侧,有轨电车的通行影响区域较大,与直行、左转都有冲突,需要单独设立有轨电车通行相位,除同向社会车辆右转外其余相位全部红灯。

3 有轨电车信号优先控制策略

有轨电车通行需要交通信号联锁设备配合,涉及道岔、有轨电车信号控制机。有轨电车通行信号灯分为蓝色横杠常亮、蓝色横杠常亮+橙色菱形闪烁、蓝色横杠+蓝色感叹号常亮、白色竖状常亮、白色圆灯闪烁、蓝色横杠常亮6个灯显,分别代表禁止、禁止(优先请求被接受)、禁止(即将由禁止转为通行)、通行、即将关闭通行信号、禁止6种含义。有轨电车通行依据有轨电车灯显信号,其信号控制需要服从于常规红绿道路信号灯。

信号优先策略主要包括3种:绝对优先、相对优先、实时优先[6]。信号优先控制策略如表1所示。绝对优先指的是任何时刻有轨电车拥有优先通过交叉路口的权力,当到达时刻为非通行相位时可等待最小绿灯时间后插入有轨电车通行信号。相对优先要根据有轨电车到达时间、交叉路口道路等级、交通流量等具体情况具体确定优先方案,某些情况下有轨电车需要与其他道路参与者一样在路口等待。实时优先指的是信号控制器获取有轨电车的位置、行驶速度、乘客数、社会车辆的流量、种类等参数,结合路网最优的指标函数,实现交叉路口交通效益最佳,实时优先由于控制机理复杂,目前还只存在理论验证阶段。

表1 信号优先策略对比

信号优先常用的控制方案是绿灯延长、红灯早断、插入相位等(见图2)。绿灯延长指的是当有轨电车到达交叉路口时为绿灯,但是剩余时长不够有轨电车安全通过,此时通行时长会被延长到对向交叉路口的信标检测到有轨电车驶出交叉口,相位才会进行切换。红灯早断指的是当有轨电车到达交叉口时为红灯,且下一个交通信号相位是有轨电车通行相位,为尽快切换相位,对红灯相位进行压缩,压缩的时长要满足交叉口另一方向通行路口的最小绿灯时间。插入相位指的是当有轨电车到达交叉口时为红灯,且下一个交通信号相位非有轨电车通行相位,为减少有轨电车等待时间,为有轨电车插入一个专用通行相位,该时长为仅满足有轨电车通过交叉路口,在这个相位内与其他交通形式无冲突。

4 嘉兴有轨电车信号优先控制策略

嘉兴有轨电车信号优先控制系统采用区域控制模式,在交叉路口设置车辆检测设备,当检测到有轨电车到达信号,将信号传输至路口交通信号控制器,由信号控制器控制做出判断和执行(见图3)。有轨电车装有实时发出高频信号的车载信号发送器,该信号可以被地面信标接收。列车的定位精度是有轨电车信号控制的基础,有轨电车在单一路口单一方向依次装备4个信标,分别为P1、P2、P3、P4。P1为预检信标,用于预告有轨电车即将到达,信号机内部开始做出相应的配时调整,目的减少有轨电车路口停车次数;P2为起动信标,用于检测有轨电车即将进入该路口,请求路口做好相应的放行决策工作;P3名称定义为停车信标,用于检测有轨电车进入该路口;P4名称定义为清空信标,用于检测有轨电车离开该路口。有轨电车是双向通行,为了兼顾对向有轨电车行车,路口交通信号控制器需要采集对向有轨列车位置,使得双向有轨电车通行效率更高。

图3 嘉兴有轨电车(T1线)信号优先的原理

嘉兴有轨电车实际运营的T1线一期工程沿线有38处信控路口/行人过街,其中行人过街7个,T型路口3个。为减少有轨电车与社会车辆相撞而产生交通事故,交警在中山路建国路口、中山路禾兴路口、中山路禾兴路口实施左转右置,使有轨电车与社会车辆在左转时车辆距离更远。

在保障路口安全的前提条件下,有效减少有轨电车在路口停车次数及等待时长,针对不同路口采取不同信号优先策略,以提高有轨电车通行效率与兼顾其他道路参与者的体验。针对主支相交路口采用绝对优先信号控制方案,即有轨电车当前通行道路为主干道,由于相交支路道路等级低,总体流量较小,且交通流量波动性较大,当有轨电车接近路口且提出优先请求后,信号控制器采用插入相位、延长绿灯(有轨电车通行相位)的方案来实施信号优先。绝对优先典型应用场景行人过街、小区出入口(T型路口)、流量较小支线路口;针对主次相交路口采用相对优先信号控制方案,适当兼顾冲突相次干道的交通情况,在保证主干道有轨电车顺畅通行的同时,尽量减少对次干道的交通延误影响。当有轨电车接近路口且提出优先请求后,道路交通控制系统根据当前的相位情况进行判断,采用延长绿灯(有轨电车通行相位)、红灯早断(早断非有轨电车通行相位)、插入相位的方案;针对个别流量较大的主主相交路口,由于各个路口流量都较大,目前采取不优先策略,提升道路参与者对于有轨电车的好感度。

有轨电车优先策略跟道路流量影响较大,所以在早晚高峰以及平峰在同一路口会采取不同的策略,高峰期要更体现公交优先战略,信号优先等级会提升。有轨电车的信号优先控制策略只有在有轨电车到达或接近交叉路口时才会触发,平时无电车经过时按照常规的交通信号灯控制。

5 结语

有轨电车作为中运量的轨道交通形式,是中等城市以及地级市城市为提高现代化水平、疏解交通拥堵的较佳选择。有轨电车交叉路口信号优先策略可以降低有轨电车的等待时间,提升有轨电车的服务水平,有效推动公共交通优先战略。针对有轨电车各个不同交通流量汇聚的交叉路口,实行不同的优先信号控制方案。信号优先策略提升有轨电车通行效率的同时兼顾其他道路交通参与的行车效率,同时与有轨电车相同前进方向的社会车辆,会因为现代有轨电车信号优先而获益,减少通行延误。