有軌電車路口優先問題研究

■ 黃坤林 謝勇

有軌電車興起于19世紀，到19世紀末20世紀初已經成為世界上很多城市的主要交通工具。我國上海、大連、長春等城市早期也都建有有軌電車線路，車輛總數超過千輛。20世紀中葉，隨著汽車工業的全面發展，道路擁擠，由于傳統有軌電車速度慢、噪聲大、對路面影響較大的缺點，各地逐步拆除有軌電車線路，為汽車讓行，僅部分城市保留。隨著科技的進步，有軌電車及配套系統的技術越來越先進，有軌電車的速度、噪聲、對路面交通的影響也得到了很大改善，并由于具備低碳、節能、運量大、景觀效果好、建設周期短、成本低等特點，有軌電車正煥發出新的活力。

1 有軌電車交通組織特點

我國經濟發展水平相對較低，城市人口多，交通流量大，城市環境面臨嚴峻挑戰。為緩解交通難題，各地均大力發展公共交通。有軌電車建設周期短、成本低，可作為地鐵、輕軌等軌道交通網絡的補充和延伸，有效緩解城市擁堵，還可作為園區內部連接的快速交通。基于此，南京麒麟科技創新園快速公交1號線采用了現代有軌電車形式。

麒麟科技創新園有軌電車車輛由南車南京浦鎮車輛有限公司生產，為100％低地板、鋼軌鋼輪走行模式。車輛采用模塊化設計，包含5個基本模塊，其中1個轉向架模塊，2個帶司機室的轉向架模塊，2個懸浮的客室模塊，模塊間采用鉸接裝置相連，形成一列車（見圖1）。整車包含3個轉向架，中間為拖車轉向架，兩端為動車轉向架。車輛門檻處離地面高度僅為330 mm，方便乘客上下車。車輛全長32 m，車寬2.65 m，內部空間寬敞，客室內乘客站立區高度大于1.9 m，每輛車最大載客量382人，最高運行速度70 km/h。

麒麟科技創新園有軌電車線路采用半獨立路權形式。在交叉口范圍外，有軌電車線路被路緣石或柵欄與機動車道隔離，確保有軌電車道路專有性。有軌電車線路與其他道路相交時使用平交形式，在交叉口內路緣石是斷開的，允許機動車穿越。在交叉口，有軌電車與地面機動車存在混行，機動車行駛必然會對有軌電車的運行產生沖突，將降低有軌電車系統的快捷、安全、可靠等優勢，也對道路交通產生較大影響。

麒麟科技創新園有軌電車采用“區間蓄電池+車站接觸網”的牽引供電模式，每列車配置兩組蓄電池，每組蓄電池容量為49 kW·h，全線僅車站設置接觸網。車輛在站間運行時，采用自帶蓄電池提供動力，在車輛停站上下客時，從接觸網取流為車載負載供電，同時為車載蓄電池補充能量。這種供電方式帶來了一個新的問題，由于空調等輔助負載能耗巨大，占車輛全部能耗的55％（見圖2），且路口停車時間越長輔助負載能耗占比將越高，長時間的路口停車會造成蓄電池電量下降，可能降低有軌電車性能。因此，采取適當辦法，如選取合理的交通管理措施和交叉口信號標志或信號設計方案等路口優先措施，減少有軌電車與機動車流的沖突，降低有軌電車路口等待時間，是確保有軌電車運營服務質量的關鍵。

麒麟科技創新園有軌電車在道路斷面上的布置方式有兩種：中央布置和路側布置。從有軌電車線路和與其平交的道路等級來分，可分為主/主交叉、主/次交叉、次/主交叉等。

有軌電車線路采用中央布置時（見圖3），與6個運行方向的機動車會產生沖突；有軌電車線路采用一側布置時（見圖4），與6個運行方向的機動車會產生沖突；有軌電車線路由路側轉為路中時（見圖5），與3個運行方向的機動車會產生沖突。

2 路口優先中的無線通信技術

現代有軌電車道口信號優先系統是有軌電車調度系統的重要組成部分，可實現平交道口主動信號優先的自動控制。在有信號管理的平交道口，系統工作時，首先需要完成對有軌電車車輛的檢測和定位，信號處理系統對其信息進行分析、判斷和處理，確定一種能使有軌電車優先通過平交道口的信號燈狀態，并將信號燈狀態控制命令傳送到道口信號機執行，達到有軌電車信號優先控制的目的。

通常有軌電車道口優先信號系統采用無線通信技術實現道口列車識別、定位；采用線纜連接無線地面接收設備、職能信號控制器和控制服務器，實現控制服務器對優先策略的控制、編輯和統計。

目前，可運用在有軌電車道口信號優先系統的無線通信技術主要有GPS/BD＋GPRS、源射頻識別RFID、基于ZigBee、基于感應線圈等無線通信技術。

（1）GPS/BD+GPRS。系統通過GPS/BD衛星定位系統對運行中的有軌電車實時定位，并利用通信運營商的GPRS移動通信網絡進行實時數據傳輸，列車的定位信息最終傳送到信號優先控制系統控制服務器。當車輛行駛到道口時，信號優先系統控制服務器根據收到的列車位置和運行速度，以及上一次平交道口信號優先服務級別信息情況，相應配置道口優先策略，并給出信號機顯示控制，實現道口信號優先。

（2）源射頻識別RFID。RFID是一種非接觸的射頻通信方式，通過讀寫器與標簽的無線通信可以進行信息采集，從而識別標簽載體的身份等特征。RFID技術是在平交道口合適位置安裝讀卡器，當安裝有RFID電子標識卡的有軌電車車輛經過讀卡器時，系統感知到有軌電車車輛的到來，從而通過控制服務器給予信號優先控制。

（3）Z i g B e e。在有軌電車上安裝Zig Bee通信車載移動設備，道口兩側安裝ZigBee通信地面設備，信號機機箱內安裝道口通信基站，三者之間通過無線通信連接。當安裝有車載移動設備的有軌電車行駛到道口一定距離時，路側地面設備就能在眾多車輛中感知到有軌電車的到來，地面設備將此信息通過通信基站用RS232傳遞給信號機，實現有軌電車車輛的信號優先。

（4）感應線圈。將感應線圈電纜安裝于鋼軌之間，用來提供有軌電車與地面控制設備的通信連接。感應線圈技術主要適用于具有專用道路的系統，在有軌電車專用道路上離道口一定距離處安裝地感線圈，當有軌電車行駛過線圈時，系統通過檢測感應線圈內感應電壓的變化感知有軌電車的到來和方向，系統控制服務器命令道口信號機對有軌電車給予信號優先。

3 路口優先方案

有軌電車路口優先主要通過信號燈優先實現，解決方式主要有以下幾種。

（1）插入有軌電車專用相位（絕對優先）。當有軌電車在非通過相位（非綠燈狀態）到達交叉口時，在非通過相位中（非綠燈狀態）插入一個有軌電車專用相位（綠燈），實現有軌電車不停車直接通過交叉口，待有軌電車完全通過后，按照原有相位順序繼續運行。

絕對優先對機動車通行影響最大，在機動車流量較大時，考慮到國內機動車交通實際情況，可能造成次生交通擁堵，因此絕對優先適用于主/次、主/支等平交道路等級較低、交通流量小的交叉路口。

（2）綠燈延長或紅燈縮短（相對優先）。綠燈延長：當有軌電車在通過相位（綠燈）快結束到達交叉口時，延長該相位（綠燈），實現有軌電車不停車直接通過交叉口。紅燈縮短：當有軌電車在非通過相位（非綠燈狀態）到達交叉口時，提前開啟有軌電車通過相位（綠燈），最大限度減少有軌電車停車等待時間，實現優先通過。

相對優先對機動車通行影響較絕對優先小，適用于主/主等平交道路與有軌電車道路等級一致、交通流量較大的交叉路口。

對于次/主等平交道路等級高、交通流量大的交叉口，為不影響機動車通行，可采用不優先的信號控制方案，有軌電車完全按照原有機動車信號燈指示行車。

考慮到交叉口性質，根據“主/次交叉口采用絕對優先、主/主交叉口采用相對優先、次/主交叉口不優先”的原則，設置有軌電車路口優先系統，既充分保證有軌電車優先通過，又盡量減少對機動車通行的影響，確保機動車通行順暢，不帶來新的“堵點”。

麒麟科技創新園現代有軌電車1號線工程沿線有17個十字形路口，可采用表1所示路口優先方案。

表1 交叉路口優先方案序停車 交叉口號 停車位置 原因 類型 類型 形式1 滄麒東路/九號路 交叉口 路側 主/次 相對優先2 滄麒東路/光華東路 交叉口 路側 主/主 不優先3 滄麒東路/柳營南路 交叉口 路側 主/次 相對優先4 滄麒東路/鐘學路 交叉口 路側 主/次 相對優先5 滄麒東路/鐘學北路 交叉口 路側 主/主 不優先6 滄麒東路/天競路 交叉口 路側 主/支 絕對優先7 滄麒東路/花崗路 交叉口 路側 主/支 絕對優先8 滄麒東路/南灣營路 交叉口 路側 主/主 不優先9 滄麒東路/天和路 交叉口 路側 主/次 相對優先10 滄麒東路/天泉路 交叉口 路側 主/支 絕對優先11 滄麒東路/天旺路 交叉口 路側 主/支 絕對優先12 滄麒東路/天麒路 交叉口 路側 主/支 絕對優先13 滄麒東路/芝嘉東路 交叉口 路側轉路中 主/次 絕對優先14 芝嘉東路/土花路 交叉口 路中 次/支 絕對優先15 芝嘉東路/馬高路 交叉口 路中 次/主 不優先16 芝嘉東路/文康路 交叉口 路中 次/支 相對優先17 芝嘉東路/天泉路 交叉口 路中 次/次 相對優先

4 預期效果

在表1所示路口優先方案的基礎上，考慮到各車站停車時間、各交叉口停車時間期望值，通過分析，形成表2所示運行時刻表。

在上述路口優先方案基礎上，麒麟科技創新園有軌電車平均旅行速度不小于20 km/h，符合相關標準要求，牽引蓄電池放電深度不大于4.6％（小于5％的設定值，且蓄電池容量始終處于最優工作區間，確保了牽引蓄電池的使用壽命），放電電流不大于2.0 C，充分保證了有軌電車系統快捷、可靠的運營服務能力。

表2 運行時刻表有軌電車車站 里程/km 停靠時間/s 行駛時間/s 總時間/s馬群 0.00 0 0 0百水芊城 1.39 40 157 197馬高路 2.16 35 88 320天旺路 2.79 45 71 436天和路 3.63 40 95 571南灣營 4.38 30 85 686天澤路 4.94 30 63 779天競路 5.64 30 79 888中央公園 6.39 30 85 1 003光華東路 7.08 30 78 1 111建南路 7.64 30 63 1 204九號路 8.22 30 66 1 300王五莊 8.84 180 70 1 550九號路 9.46 30 70 1 650建南路 10.04 30 66 1 746交叉路口 10.45 60 46 1 852光華東路 10.60 30+60 17 1 959中央公園 11.29 30 78 2 067交叉路口 11.89 60 68 2 195天競路 12.04 30+60 17 2 302天澤路 12.74 30 79 2 411交叉路口 13.15 60 46 2 517南灣營 13.30 30+60 17 2 624天和路 14.06 40 85 2 749天旺路 14.89 45 95 2 889馬高路 15.52 35 71 2 995百水芊城 16.30 40 88 3 123馬群 17.68 180 157 3 460

在機動車交通高峰期過后，還可以通過縮短機動車通過相位，提高更多路口的有軌電車通過優先權，進一步減少有軌電車的停車等待時間，實現有軌電車旅行速度的再次提升。

5 結束語

在采用有效的路口優先設計情況下，有軌電車旅行速度得到保證，加上有軌電車低碳、節能、環保、運行平穩舒適、乘坐方便快捷、系統運量大、能有效疏解交通等特點，有軌電車必將成為國內各城市大力發展的現代公共交通形式。

[1] 李元坤，苗彥英. 國外現代有軌電車建設發展的啟示[J]. 城市軌道交通研究，2013(6)：29-32．

[2] 南京市麒麟科技創新園現代有軌電車一號線初步設計，2012．

[3] 南京市麒麟科技創新園現代有軌電車一號線車輛設計資料，2013．