德國(guó)現(xiàn)代有軌電車平交口信號(hào)優(yōu)先

虞笑晨

(德國(guó)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué))

德國(guó)現(xiàn)代有軌電車平交口信號(hào)優(yōu)先

虞笑晨

(德國(guó)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué))

有軌電車交叉口信號(hào)優(yōu)先既作為大力發(fā)展公共交通的舉措之一,因此成為有軌電車交叉口信號(hào)控制中最熱門(mén)的話題。各個(gè)擁有有軌電車的城市和相關(guān)設(shè)計(jì)單位研究機(jī)構(gòu)都對(duì)其進(jìn)行了各種探索。但是由于中國(guó)許多交叉口長(zhǎng)期處于定時(shí)控制,因此對(duì)于靈活感應(yīng)控制和有軌電車信號(hào)優(yōu)先的技術(shù)還不是太成熟,并且對(duì)于其中一些細(xì)節(jié)和理念問(wèn)題還存在理解上的誤區(qū)。相比之下,德國(guó)自上世紀(jì)80年代以來(lái)就不斷地探索有軌電車的交叉口信號(hào)優(yōu)先,并隨著智能交通系統(tǒng)的不斷深化,在這方面的Know-how也日趨完善。

有軌電車;平面交叉口;信號(hào)控制;德國(guó)經(jīng)驗(yàn)

1　德國(guó)有軌電車平面交叉口信號(hào)優(yōu)先控制要點(diǎn)

有軌電車信號(hào)優(yōu)先可以說(shuō)是在有軌電車信號(hào)控制技術(shù)中最熱門(mén)的話題,尤其是在智能交通不斷推進(jìn)的今天,有軌電車或者說(shuō)公交的信號(hào)優(yōu)先是智能交通的一個(gè)代表。在細(xì)致地介紹德國(guó)有軌電車信號(hào)優(yōu)先方面的經(jīng)驗(yàn)之前,先對(duì)德國(guó)在有軌電車信號(hào)優(yōu)先領(lǐng)域的特點(diǎn)作個(gè)概述。

首先,和國(guó)內(nèi)不同,德國(guó)擁有大量的交通工程的設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu),其注重的不僅是平時(shí)土建學(xué)科所提及的“建造”層面,而是對(duì)交通流的預(yù)測(cè)、運(yùn)營(yíng)和管理。正因?yàn)橛辛诉@個(gè)基礎(chǔ),所以德國(guó)幾乎每個(gè)交叉口都有自己獨(dú)特的信號(hào)控制方案,以及有軌電車信號(hào)優(yōu)先方案。在信號(hào)方案出臺(tái)之前,會(huì)對(duì)每個(gè)交叉口進(jìn)行長(zhǎng)期的考察,一方面對(duì)交叉口的交通流、交叉口等各種交通現(xiàn)狀做出分析和數(shù)據(jù)整理;另一方面要協(xié)調(diào)各個(gè)交通參與者的利益,探究通過(guò)信號(hào)方案究竟想達(dá)到哪種目的或者說(shuō)在設(shè)計(jì)中哪些交通參與者的利益相對(duì)比較重要,比如究竟是有軌電車優(yōu)先重要呢還是主干道上汽車的綠波重要。因此在下文中具體討論德國(guó)有軌電車信號(hào)優(yōu)先方案是沒(méi)有意義的,重要的是將其共同遵循的一些方法和理念進(jìn)行探討。

其次,德國(guó)當(dāng)今使用的有軌電車信號(hào)優(yōu)先方案都是基于實(shí)時(shí)的感應(yīng)信號(hào)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即對(duì)每個(gè)交叉口的有軌電車、公交巴士、社會(huì)車輛、行人等各種交通參與者通過(guò)感應(yīng)器來(lái)獲取其相應(yīng)的交通需求,其需求通過(guò)交通工程師預(yù)先設(shè)計(jì)好的信號(hào)控制程序和方案來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變化。

從這個(gè)角度來(lái)看,一則,驗(yàn)證了上述所介紹的,每個(gè)交叉口都有適合于自己獨(dú)特的信號(hào)控制方案,因?yàn)閷?duì)于同樣的交通需求,不同的程序給出交通信號(hào)控制結(jié)果會(huì)截然不同。二則,從中不難發(fā)現(xiàn)有軌電車的時(shí)刻表原則上只和有軌電車公司調(diào)度和運(yùn)營(yíng)有關(guān),而與其信號(hào)優(yōu)先并無(wú)太大關(guān)系。其實(shí),和國(guó)內(nèi)討論的熱火朝天的“on time”和“in time”兩種優(yōu)先方式一樣,在德國(guó)的有關(guān)規(guī)范中也提到,在有軌電車信號(hào)優(yōu)先中最好僅給予晚點(diǎn)的有軌電車優(yōu)先權(quán),對(duì)于準(zhǔn)點(diǎn)甚至早到的有軌電車并不給予其優(yōu)先權(quán),以減少對(duì)其他交通參與者的負(fù)面影響。誠(chéng)然,理論上這種方式較為優(yōu)越,但其實(shí)際意義不大,主要從這幾方面可以看出:其一,擁有豐富駕駛經(jīng)驗(yàn)的有軌電車司機(jī),應(yīng)當(dāng)能夠在行駛中比較好地控制運(yùn)營(yíng)速度,并不會(huì)出現(xiàn)有很大程度的早到,即使出現(xiàn)1～2 min的提前到達(dá),完全可以通過(guò)有軌電車司機(jī)在站臺(tái)上的等候來(lái)完成;其二,在當(dāng)下如此繁忙和復(fù)雜的城市交通情況下,出現(xiàn)晚點(diǎn)的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于早到,所以需要優(yōu)先的情況居多;其三,在交叉口感應(yīng)信號(hào)控制方案中不僅要考慮有軌電車優(yōu)先,還要考慮公交大巴優(yōu)先,以及其他交通參與者的利益,而且在城市中往往有許多公交線路同時(shí)經(jīng)過(guò)某個(gè)交叉口,并且這些公交線路的優(yōu)先級(jí)別可能存在差異,因而在如此復(fù)雜的信控條件下再考慮其晚點(diǎn)與否,會(huì)給原本已相當(dāng)復(fù)雜的信控方案雪上加霜,而且如果當(dāng)時(shí)刻表發(fā)生變化,在信號(hào)機(jī)里的數(shù)據(jù)必須重新錄入,這無(wú)疑從管理和操作層面都帶來(lái)很大的工作量;其四,雖然不是很重要的原因,但也不得不提,信號(hào)優(yōu)先的目的是減少加減速和速度變化帶來(lái)的能耗和旅客的不舒適性,換而言之,希望在有軌電車運(yùn)營(yíng)過(guò)程中避免不必要的頻繁加減速。所以,出于這些因素的綜合考慮,在實(shí)際工程中很少在德國(guó)有軌電車信號(hào)優(yōu)先中較少考慮時(shí)刻表和是否晚點(diǎn)情況。三則,在德國(guó)交叉口的感應(yīng)控制一般為全感應(yīng)控制,這包括兩個(gè)層面的意思:一是指,所有交通參與者的情況和需求都會(huì)通過(guò)感應(yīng)器收集,所有的交通參與者原則上都有相應(yīng)的感應(yīng)設(shè)備,而不是僅僅有軌電車或公交被定位;二是指,所有交通參與者的情況都會(huì)由一個(gè)復(fù)雜而全面的邏輯程序綜合考慮,通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)好的信控方案,對(duì)交叉口的信號(hào)燈時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整,而不是在有些文獻(xiàn)中看到的有軌電車和社會(huì)車輛是通過(guò)兩套控制系統(tǒng)分別控制的。

再者,和國(guó)內(nèi)經(jīng)常討論的“點(diǎn)控、線控和面控”概念相類似,在德國(guó)有軌電車信號(hào)控制方面也存在著“微觀”和“宏觀”控制兩個(gè)層面。顧名思義,微觀指的是某一個(gè)特定交叉口的信號(hào)優(yōu)先方案,而宏觀指的是某個(gè)交叉口帶或某個(gè)路網(wǎng)中所有交叉口的優(yōu)先方案,有些文獻(xiàn)稱之為“有軌電車的綠波”。在德國(guó)的有關(guān)規(guī)范中也明確指出,有軌電車在上一個(gè)交叉口獲得的信號(hào)優(yōu)先,不應(yīng)該在下一個(gè)交叉口被阻塞而浪費(fèi),因此有軌電車綠波這個(gè)概念也應(yīng)運(yùn)而生。但在實(shí)際操作工程中,由于市區(qū)內(nèi)一方面社會(huì)車輛本身存在綠波,另一方面有軌電車會(huì)很頻繁地在交叉口附近停站,因此這種“有軌電車的綠波”這個(gè)概念在實(shí)際背景下可實(shí)現(xiàn)性較小。取而代之的是兩種理念:一來(lái),只要保證有軌電車在每個(gè)交叉口能獲得優(yōu)先,那么在整個(gè)交叉口帶上獲得的疊加結(jié)果必然是信號(hào)優(yōu)先的;二來(lái),與其去設(shè)計(jì)“有軌電車綠波帶”,不如去讓有軌電車的優(yōu)先嵌入到社會(huì)車輛的綠波中去更為合理。由這兩個(gè)理念結(jié)合德國(guó)每個(gè)交叉口都有獨(dú)立信控方案的背景可以推論:在設(shè)計(jì)有軌電車信號(hào)優(yōu)先時(shí)就應(yīng)該根據(jù)交叉口的實(shí)際交通情況考慮其“優(yōu)先度”,如果沒(méi)有先期的交通調(diào)查,而一味地追求有軌電車絕對(duì)優(yōu)先是沒(méi)有意義的。

1.1信號(hào)控制邏輯(流程圖)

圖1中所呈現(xiàn)的流程圖正是德國(guó)信號(hào)機(jī)中的程序示例,也是感應(yīng)控制能夠?qū)崿F(xiàn)的內(nèi)核。就是說(shuō)所有設(shè)計(jì)師的理念最后都將通過(guò)制作這樣一張流程圖來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然前文已經(jīng)說(shuō)過(guò),德國(guó)每個(gè)交叉口都有獨(dú)立的信號(hào)控制(優(yōu)先)方案,因此這里要介紹的是德國(guó)信號(hào)控制邏輯中比較普遍的特點(diǎn)。

圖1　信號(hào)控制流程圖

首先,其邏輯判斷順序是決定交通參與者是否被優(yōu)先考慮的關(guān)鍵環(huán)節(jié),最早被判斷的則具有最高優(yōu)先權(quán),因?yàn)橹灰行枨?邏輯程序就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的下一步命令;而最后被判斷的則具有最低優(yōu)先權(quán),即當(dāng)其他交通參與者沒(méi)有出現(xiàn)或說(shuō)沒(méi)有需求時(shí),它的需求才會(huì)被邏輯程序考慮。基于這個(gè)原理,在德國(guó)的信號(hào)控制流程圖中會(huì)出現(xiàn)這樣幾個(gè)現(xiàn)象:有軌電車總是最先被判斷,因?yàn)樗哂凶罡叩膬?yōu)先權(quán);在交叉口前不設(shè)站的有軌電車最先被考慮,因?yàn)樵诮徊婵谇霸O(shè)站的公交延誤可以用于“二次上下車”;在判斷中交叉口某個(gè)進(jìn)口出現(xiàn)有軌電車或公交的數(shù)量原則上不影響優(yōu)先權(quán),因?yàn)檫壿嬇袛鄺l件總是對(duì)于每一個(gè)交通對(duì)象順序進(jìn)行的,只有處理完第一輛公交車才會(huì)處理下一個(gè)的需求。

其次,德國(guó)在公交信號(hào)優(yōu)先方案中很普遍使用的一套方案是“主方向常綠”(德語(yǔ): Hauptrichtung Dauergrün),這種設(shè)計(jì)適用于主方向和側(cè)方向(橫向)上的交通量有比較明顯的差異。具體內(nèi)容就是指:當(dāng)側(cè)方向有交通需求時(shí),并且主方向上滿足一定的條件(比如:無(wú)有軌電車,主方向車輛有較大車頭時(shí)距)時(shí),側(cè)方向的綠燈才會(huì)對(duì)其開(kāi)放。其普遍性是源于這樣一個(gè)事實(shí):有軌電車經(jīng)常在主干道上運(yùn)營(yíng),即有軌電車和主方向的社會(huì)車輛具有相同的需求。在這種前提下,“主方向常綠”的方案既能保證主方向上的車流的順暢性(或綠波)也能兼顧有軌電車信號(hào)優(yōu)先。

1.2有軌電車信號(hào)請(qǐng)求

有軌電車信號(hào)請(qǐng)求即通過(guò)預(yù)先設(shè)定的信號(hào)定位點(diǎn),將有軌電車到達(dá)的信息發(fā)送到信號(hào)機(jī)中的邏輯程序中,以便實(shí)現(xiàn)其信號(hào)優(yōu)先。

在信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)設(shè)置中,(主)信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)(英語(yǔ): (main)request detection;德語(yǔ):(Haupt-)Anmeldung)和請(qǐng)求取消點(diǎn)(英語(yǔ):cancellation detection;德語(yǔ): Abmeldung)是必須的,其作用是分別確定有軌電車的到達(dá)和離開(kāi),以便及時(shí)采取和取消有軌電車優(yōu)先的需求。「1]

隨著今天交叉口情況的復(fù)雜化,一個(gè)單獨(dú)的(主)信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)往往不足已滿足邏輯控制的需要,也就是說(shuō)單獨(dú)的信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)可能會(huì)較大地影響其他交通的利益,所以要額外地設(shè)置一個(gè)或多個(gè)預(yù)請(qǐng)求點(diǎn)(英語(yǔ):advance detection;德語(yǔ):Voranmeldung)。其在邏輯程序中的主要作用是提供一個(gè)“冗余度”,即尋找一個(gè)有可能的有軌電車相位或綠燈開(kāi)放點(diǎn),當(dāng)有軌電車到達(dá)主信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)才真正開(kāi)放有軌電車相位,以減少因優(yōu)先而引起的其他交通參與者負(fù)面作用;如果有軌電車長(zhǎng)時(shí)間未到達(dá)主信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn),邏輯程序會(huì)暫時(shí)截?cái)嗥鋬?yōu)先權(quán),并再次尋找其優(yōu)先機(jī)會(huì)。

如果當(dāng)有軌電車在交叉口前存在較大的不確定因素,如乘客數(shù)量波動(dòng)較大的站臺(tái),那么前面的請(qǐng)求點(diǎn)的提供的信息可能因?yàn)樯舷驴蜁r(shí)間的波動(dòng)而產(chǎn)生較大誤差,因而需要在停站結(jié)束后設(shè)立額外的信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)缺陷,這種請(qǐng)求點(diǎn)可以是主動(dòng)的(“停站關(guān)門(mén)請(qǐng)求”),也可以是被動(dòng)的。前者是通過(guò)駕駛員在上下客結(jié)束后按相關(guān)按鈕發(fā)送信號(hào)請(qǐng)求信號(hào),后者可以通過(guò)在站臺(tái)后1～2 m的地方放置請(qǐng)求點(diǎn)。

這些請(qǐng)求點(diǎn)的作用在德國(guó)交通信號(hào)控制規(guī)范中也有詳細(xì)介紹,有興趣的讀者可以自行閱讀。但是在規(guī)范中沒(méi)有涉及,而在實(shí)際中很重要的問(wèn)題是:究竟在哪里放置請(qǐng)求點(diǎn)?對(duì)于信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)的放置十分復(fù)雜,因?yàn)樗皇且怀刹蛔兊?而是和信號(hào)控制方案(邏輯程序),以及有軌電車的優(yōu)先度比密切相關(guān),其主要原則是:在最不利的情況下,有軌電車還是能順暢的通過(guò)交叉口。“最不利的情況下”指的是有軌電車請(qǐng)求時(shí),到開(kāi)放有軌電車綠燈需要最長(zhǎng)時(shí)間的情況,比如在有軌電車相位剛切斷時(shí)收到下一輛有軌電車的請(qǐng)求(相位轉(zhuǎn)換時(shí)的請(qǐng)求)。其具體計(jì)算可以用最簡(jiǎn)單的一個(gè)信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)的例子來(lái)說(shuō)明,假設(shè)最不利的情況下,從有軌電車發(fā)出請(qǐng)求到開(kāi)放有軌電車綠燈需要20 s,而有軌電車限速50 km/h時(shí),其信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)應(yīng)放置在交叉口前320 m處,才能使有軌電車順暢地通過(guò)(見(jiàn)下式)。

在式子中,3 s被稱為視覺(jué)時(shí)間,其設(shè)置的理由是:有軌電車信號(hào)優(yōu)先不僅指有軌電車在交叉口前不停車,而是指有軌電車在通過(guò)交叉口時(shí)沒(méi)有明顯的減速,因而這3 s的視覺(jué)時(shí)間保證了有軌電車司機(jī)在采取剎車措施以至接近停車前便獲得綠燈。從這個(gè)例子過(guò)程中還可以證明,“在最不利情況下”所設(shè)置的請(qǐng)求點(diǎn),雖然能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)信號(hào)優(yōu)先,但會(huì)提供的大量“時(shí)間冗余度”,以造成其他交通參與者的服務(wù)水平的下降。在這種情況下一般要做一個(gè)判斷:即這樣的設(shè)置信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)所開(kāi)放的綠燈會(huì)不會(huì)對(duì)其他交通參與者造成明顯的不利,比如大量擁堵。如果影響很大,那么就必須設(shè)置預(yù)信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)或者說(shuō)時(shí)間計(jì)數(shù)器以延緩綠燈開(kāi)放時(shí)間。

此外,對(duì)于“最不利情況”在此也應(yīng)做出相應(yīng)的解釋,這種最不利情況并不一定是實(shí)際運(yùn)營(yíng)中真正的最不利情況,換而言之,有些“最不利的情況”因?yàn)槌霈F(xiàn)概率很小可以忽略不計(jì),其出現(xiàn)的情況只能作為突發(fā)/特殊狀況來(lái)對(duì)待。最典型的例子就是因?yàn)橛熊夒娷囘\(yùn)營(yíng)都有時(shí)刻表,根據(jù)時(shí)刻表幾乎不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)方向有軌電車剛?cè)∠?qǐng)求,就出現(xiàn)另一個(gè)方向有軌電車的請(qǐng)求,那么此時(shí)這種情況即使是真正“最不利”的,也應(yīng)該作為小概率事件而排除在外。

相比復(fù)雜的請(qǐng)求點(diǎn)放置的討論,取消請(qǐng)求點(diǎn)在德國(guó)無(wú)疑直接放置在停車線以后,也就是說(shuō)有軌電車車頭一駛出停車線就發(fā)出取消請(qǐng)求的信號(hào)。目的是及時(shí)截?cái)嘤熊夒娷嚨木G燈以減少因其信號(hào)優(yōu)先造成的其他交通參與者的延誤,同時(shí)也能夠準(zhǔn)確地定位,知曉有軌電車的離開(kāi),可以為下一個(gè)交叉口的信號(hào)優(yōu)先做準(zhǔn)備。因?yàn)橥耙粋€(gè)交叉口的取消請(qǐng)求點(diǎn)就是下一個(gè)交叉口的信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)。當(dāng)然其前提是綠燈間隔時(shí)間是保證有軌電車安全的。

其實(shí)在停車線后就放置取消請(qǐng)求點(diǎn)還有個(gè)好處,就是能夠準(zhǔn)確定地位有軌電車是否駛出停車線或者說(shuō)是否在交叉口前出現(xiàn)突發(fā)的延誤,比如上下車時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。試想,如果取消信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)放置過(guò)遠(yuǎn)的話,如沈陽(yáng)的取消請(qǐng)求點(diǎn)基本放在駛出交叉口35 m處,往往有軌電車從駛出停車線到該點(diǎn)需要很長(zhǎng)時(shí)間,那么會(huì)造成其他交通參與者的大量延誤;另外,如果信號(hào)機(jī)長(zhǎng)期沒(méi)有收到取消請(qǐng)求信號(hào)時(shí),很難判斷有軌電車是在交叉口前(停車線前)還是在駛?cè)虢徊婵跁r(shí)出現(xiàn)的延誤。在考慮強(qiáng)制取消請(qǐng)求的時(shí)間時(shí)會(huì)就此遇到一個(gè)矛盾,如果不考慮有軌電車從停車線到取消請(qǐng)求點(diǎn)的距離時(shí),那么經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)有軌電車正準(zhǔn)備啟動(dòng),其綠燈被截?cái)?從而造成前面用于有軌電車信號(hào)優(yōu)先已被延長(zhǎng)的綠燈時(shí)間的浪費(fèi);如果考慮有軌電車從停車線到取消請(qǐng)求點(diǎn)的距離時(shí),再遇到交叉口前停站的情況時(shí),那么就對(duì)其他交通參與者影響過(guò)大。

1.3(綠燈)信號(hào)提前介入

當(dāng)有軌電車靠近交叉口時(shí),如果此時(shí)司機(jī)看到前方信號(hào)仍然顯示紅燈,勢(shì)必會(huì)根據(jù)有軌電車的速度,以及與交叉口之間的距離選擇電車滑行或剎車甚至接近停車,用以保證行車安全,等待綠燈亮起,重新加速。這樣頻繁的加減速既增加能耗和乘客的不舒適度,也增加行車延誤時(shí)間。上文論述過(guò)信號(hào)優(yōu)先的一個(gè)重要原則,有軌電車的信號(hào)優(yōu)先不僅表示有軌電車不停車地通過(guò)交叉口,甚至還要求在靠近交叉口時(shí)盡可能地不出現(xiàn)明顯的減速。進(jìn)一步觀察圖2、圖3中的連續(xù)線和折斷線,其分別表示希望達(dá)到的理論行車軌跡和實(shí)際的行車軌跡。很明顯,折斷線中有明顯的拐點(diǎn),并且晚于連續(xù)線到達(dá)。

圖2　有軌電車實(shí)際行車軌跡和理論行車軌跡對(duì)比圖

圖3　有軌電車早起綠燈原理示意圖

對(duì)于如何解決這個(gè)問(wèn)題,德國(guó)通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐,總的來(lái)說(shuō)道理很簡(jiǎn)單,就是讓司機(jī)盡早地能夠看到綠燈。那么究竟應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)?而綠燈又該提前多少時(shí)間開(kāi)放呢?對(duì)此,在德國(guó)的有關(guān)規(guī)范中主要介紹了三種方法:

1.3.1方法一:早起綠燈(英語(yǔ):leading green;德語(yǔ):Vorfreigabezeit)

方法一是最簡(jiǎn)單也是最好理解的方法,既然希望有軌電車司機(jī)能夠盡早看到綠燈,那么就提前開(kāi)啟綠燈。如圖4所示,盡管信號(hào)燈(停車線)位于B點(diǎn),但當(dāng)有軌電車經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí),B處就開(kāi)啟綠燈。那么這個(gè)提前的“量”究竟是多少呢?柏林工大的博士對(duì)于以50 km/h 行駛的有軌電車做過(guò)研究,對(duì)于不同的綠燈提前開(kāi)啟量,在圖中繪制出不同時(shí)間——距離線,很明顯,對(duì)于50 km/h行駛的有軌電車,只有6 s和8 s的提前綠燈時(shí)間差別不大,也就是說(shuō)大于6 s的提前綠燈效果開(kāi)始不那么明顯。

圖4　不同早起綠燈時(shí)間對(duì)50 km/h限速的有軌電車延誤時(shí)間的影響曲線圖

對(duì)于這個(gè)研究成果的擴(kuò)展,在德國(guó)的有關(guān)規(guī)范中對(duì)于各個(gè)行駛速度下的有軌電車提前綠燈的最小值和一般值給出了推薦,見(jiàn)表1所列。可見(jiàn),如果對(duì)于50 km/h 的有軌電車提前綠燈最少要6 s,一般為9 s,如果再考慮綠燈間隔時(shí)間的話,與其沖突相位的車流將很早被截?cái)?無(wú)疑其服務(wù)水平會(huì)大幅度下降。

表1　有軌電車不同限速下的早起綠燈最小值和一般值一覽表

1.3.2方法二:通告信號(hào)(英語(yǔ):advance signal;德語(yǔ):Ankündigungssignal)

為了減少提前綠燈帶來(lái)較大的負(fù)面影響,在方法二中采用通告信號(hào)來(lái)改善這種情況,其實(shí)質(zhì)就是一種有軌電車的紅黃燈形式,即圓點(diǎn)信號(hào)F4 (黃燈)和水平橫杠信號(hào)F0(紅燈)同時(shí)亮起,其持續(xù)時(shí)間為2～3 s左右。這2～3 s的時(shí)間主要用于增加沖突車流的綠燈時(shí)間,改善其車流,同時(shí)有軌電車司機(jī)看到紅黃燈也會(huì)選擇不減速,繼續(xù)前行,見(jiàn)圖5所示。

圖5　有軌電車預(yù)告信號(hào)原理示意圖

1.3.3方法三:提前(預(yù))信號(hào)(英語(yǔ):presignal;德語(yǔ):Vorsignal)

這種方法來(lái)源于真正的鐵路系統(tǒng),因?yàn)殍F路系統(tǒng)速度快,減速度小,為了提升安全和效率,在主信號(hào)之前一段距離增設(shè)另一個(gè)預(yù)信號(hào),以提醒駕駛員提早對(duì)主信號(hào)的信息做準(zhǔn)備。同理,在有軌電車到達(dá)交叉口的路段上,增設(shè)一個(gè)預(yù)信號(hào)燈,其和主信號(hào)等之間的距離由時(shí)間——速度關(guān)系確定。平時(shí)預(yù)信號(hào)處于“暗”的狀態(tài),當(dāng)感應(yīng)到有軌電車即將到達(dá)時(shí),即使亮起,在通過(guò)預(yù)信號(hào)后,預(yù)信號(hào)應(yīng)即使再次“暗”下,以便迎接下一輛有軌電車的到達(dá)。基于這個(gè)原理,必須在預(yù)信號(hào)后增設(shè)一個(gè)感應(yīng)器,用于感知有軌電車的駛離。這樣當(dāng)有軌電車司機(jī)看到預(yù)信號(hào)燈時(shí)便知曉主信號(hào)燈信息,以避免不必要的減速。同時(shí),沖突車流能夠賺取更多的綠燈時(shí)間。

但是為了避免安全問(wèn)題,所以當(dāng)預(yù)信號(hào)綠燈亮起的那一刻(A點(diǎn)),沖突車流的綠燈同時(shí)結(jié)束,否則會(huì)出現(xiàn)信號(hào)控制中的一種怪現(xiàn)象:有軌電車司機(jī)準(zhǔn)備以高速甚至加速通過(guò)前方交叉口,而沖突車流還在交叉口“橫行”。

相比前兩種方式,提前信號(hào)的方式不僅對(duì)沖突車流的綠燈損失最小,也無(wú)形中增加了有軌電車司機(jī)的視距,因?yàn)榉椒ㄒ恢性缙鹁G燈再多,司機(jī)的視距總是有限的,而預(yù)信號(hào)通過(guò)前移了信號(hào)位置,增加了視距。當(dāng)然缺陷較為明顯,一方面對(duì)于設(shè)備維護(hù)花費(fèi)增加(如增設(shè)的感應(yīng)器和預(yù)信號(hào)燈),更重要的是在設(shè)計(jì)信號(hào)內(nèi)置邏輯程序時(shí)要復(fù)雜很多,見(jiàn)圖6所示。

圖6　有軌電車提前信號(hào)原理示意圖

1.4有軌電車信號(hào)優(yōu)先和側(cè)向行人過(guò)街

“側(cè)向行人過(guò)街”,在此其實(shí)包含兩個(gè)問(wèn)題:一則,是由于有軌電車信號(hào)優(yōu)先而使得側(cè)向過(guò)街行人等候時(shí)間增加,如何協(xié)調(diào)兩者關(guān)系?二則,由于有軌電車站臺(tái)設(shè)置在路中央,而且往往直接在交叉口前/后停站,因此如何讓乘客及時(shí)地到達(dá)車站是值得思考的,否則容易造成亂穿馬路而引發(fā)的交通隱患。然而這兩個(gè)問(wèn)題盡管處理上有不盡相同的地方,但在信控方法上往往有交融重疊部分,很難剝離,因此在此將兩者一并討論。

另外,有軌電車站臺(tái)行駛無(wú)論從道路走向(縱向)還是從橫斷面(橫向)上觀察,都有各種不同組合形式,其分別相互影響著有軌電車的信號(hào)控制及信號(hào)優(yōu)先,所以作為一個(gè)如此龐大和綜合的話題在此不能完全解釋清楚。因此在此主要解釋兩個(gè)問(wèn)題:一是站臺(tái)從縱向看在交叉口前后有對(duì)有軌電車信號(hào)控制或優(yōu)先有什么優(yōu)劣之分;二是德國(guó)到底怎么處理行人過(guò)街/行人到站臺(tái)和有軌電車信號(hào)優(yōu)先之間的關(guān)系。

就第一個(gè)問(wèn)題而言,其實(shí)很多參考文獻(xiàn)中都有闡述,這里再重申總結(jié)一下。當(dāng)有軌電車的站臺(tái)在交叉口之后,原則上對(duì)于有軌電車信號(hào)優(yōu)先來(lái)說(shuō)比較有利,因?yàn)槌丝蜕舷萝嚨臅r(shí)間不用在設(shè)計(jì)信號(hào)優(yōu)先程序時(shí)考慮在內(nèi),在有軌電車迅速的通過(guò)交叉口后側(cè)向交通立即可以開(kāi)放,同時(shí)下車的乘客可以隨側(cè)向車的綠燈開(kāi)放過(guò)街到達(dá)道路兩側(cè)。但是對(duì)于需要到站上車的乘客來(lái)說(shuō),綠燈開(kāi)放的時(shí)間是否足夠早,使得其在有軌電車駛離之前就能到達(dá)站臺(tái),是需要探討的一個(gè)話題,否則的話容易引起隨便過(guò)街趕車的情形。另外從有軌電車運(yùn)營(yíng)的角度來(lái)說(shuō),如果在有軌電車比較繁忙的交叉口后面設(shè)站的話,往往會(huì)因?yàn)檎九_(tái)長(zhǎng)度不夠,使得后面有軌電車在交叉口前等待,從而造成信號(hào)優(yōu)先而有軌電車卻無(wú)法駛?cè)虢徊婵谠斐删G燈延長(zhǎng)的浪費(fèi)。

當(dāng)有軌電車在交叉口前停站,一方面上下客時(shí)間的波動(dòng)給有軌電車信號(hào)優(yōu)先時(shí)間計(jì)算帶來(lái)難度,另一方面往往因?yàn)榈却熊夒娷嚨膬?yōu)先使得側(cè)向車輛長(zhǎng)延誤時(shí)間大大增加。當(dāng)然其好處是,當(dāng)有軌電車信號(hào)優(yōu)先不能及時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí),在車站的延誤等候時(shí)間恰好可以用于晚到的乘客趕上有軌電車。這在今天繁忙的交通流情況下尤其有效,因?yàn)橛熊夒娷嚨慕^對(duì)優(yōu)先由于受各種因素限制比較難實(shí)現(xiàn)。

那么在大致討論了有軌電車站臺(tái)位置和信號(hào)控制之間關(guān)系以后,可以進(jìn)一步討論一下德國(guó)對(duì)于過(guò)街行人,以及有軌電車乘客在信號(hào)控制中的大致幾種做法。

最簡(jiǎn)單的方法是利用轉(zhuǎn)彎相位盡可能地多次開(kāi)放路側(cè)到中間車站的過(guò)街的人行橫道線中的一條,使得乘客有更多的機(jī)會(huì)到達(dá)站臺(tái),并且這種方法無(wú)論是感應(yīng)信號(hào)還是定時(shí)信號(hào)情況下都能使用。它尤其對(duì)兩主干道相交的交叉口特別適用,因?yàn)橐环矫鎯芍鞲傻老嘟粫r(shí)左直車流分開(kāi)放行,存在大量?jī)H對(duì)轉(zhuǎn)彎車輛開(kāi)放的相位;另一方面,在主干道相交時(shí)兩個(gè)方向的車流都必須在周期中放行一次,所以行人一般不用感應(yīng)器(需求按鈕)而隨車流過(guò)街。因此這種二次過(guò)街的方式可以增加乘客到達(dá)車站的可能性。雖然這種方法往往對(duì)需要過(guò)街的行人不是特別有利,即他們必須在站臺(tái)上等待“二次過(guò)街”,但對(duì)去車站的乘客卻是有利的。當(dāng)然這種方法前提條件還是要提供“二次過(guò)街”的信號(hào)燈組,即站臺(tái)兩側(cè)的人行道分別受兩個(gè)信號(hào)燈組獨(dú)立控制,以為相位分開(kāi)提供可能性。

其次,有效地控制行人的等候時(shí)間也是協(xié)調(diào)有軌電車信號(hào)優(yōu)先和行人延誤之間關(guān)系的重要手段。根據(jù)對(duì)每個(gè)城市、每個(gè)交叉口的理念和交通需求不同,處理上會(huì)大不相同。比如一般柏林比較重視有軌電車信號(hào)優(yōu)先,因此往往用較長(zhǎng)時(shí)間的行人延誤換取有軌電車的最高優(yōu)先權(quán);而達(dá)姆施塔特市比較重視行人的利益,因此有時(shí)候會(huì)因?yàn)樾腥诉^(guò)街的需要而截?cái)嘤熊夒娷囆盘?hào)優(yōu)先。當(dāng)然這種方法的核心是:行人可忍受的等候時(shí)間極限值。如果其值過(guò)小,那么主方向上的有軌電車和車流的通行經(jīng)常會(huì)被側(cè)向行人截?cái)?這對(duì)于有軌電車量比較大的交叉口特別不利。但如果行人等候時(shí)間過(guò)長(zhǎng),自然會(huì)造成行人隨便過(guò)街。

再者,為了有利于行人到達(dá)站臺(tái),或者說(shuō)側(cè)向行人利益特別重要(比如側(cè)向行人數(shù)量特別大)往往可以在有軌電車信號(hào)請(qǐng)求后先開(kāi)放側(cè)向(行人方向),再開(kāi)放有軌電車相位,這一方面減少行人及側(cè)向車流等候時(shí)間,另一方面也有利于乘客過(guò)街到達(dá)站臺(tái)。這尤其利于有軌電車站臺(tái)在交叉口前的情況,因?yàn)闊o(wú)論如何有軌電車在站臺(tái)前都要停車。當(dāng)然如果有特殊需要,即該地區(qū)行人利益特別重要,即使站臺(tái)在交叉口后也可以使用這種方法,當(dāng)然要在設(shè)計(jì)中預(yù)留一定的時(shí)間空間給有軌電車,以免有軌電車總是在交叉口前停車。

2　德國(guó)有軌電車信號(hào)優(yōu)先方法對(duì)中國(guó)適用性的探討

對(duì)于有軌電車信號(hào)優(yōu)先的一個(gè)核心是信號(hào)控制的邏輯程序,因?yàn)閺牡聡?guó)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看它決定著和有軌電車信號(hào)優(yōu)先有關(guān)的其他各個(gè)方面,比如信號(hào)請(qǐng)求點(diǎn)的放置、信號(hào)優(yōu)先方法的應(yīng)用。對(duì)此,需要大量的交通工程人才去設(shè)計(jì)相關(guān)的程序,還需要大量的交通工程師實(shí)地調(diào)查當(dāng)?shù)氐慕煌ㄐ枨蠛徒煌髑闆r,以便寫(xiě)出適合這個(gè)交叉口的邏輯程序,并且在使用該方案后還要跟蹤調(diào)查。因?yàn)橛熊夒娷囎鳛橹袊?guó)當(dāng)代交通的一個(gè)發(fā)展項(xiàng)目,勢(shì)必在投入后改變著人們的出行目的、出行方式等宏觀交通數(shù)據(jù),為了能使設(shè)計(jì)的交叉口信控程序能夠適應(yīng)不斷變化的交通需求,所以設(shè)計(jì)使用后的后續(xù)調(diào)查也十分重要。

至于有軌電車的提前綠燈介入,各種措施似乎都不適合中國(guó)實(shí)際情況,但是無(wú)論如何這種理念特別重要,即有軌電車信號(hào)優(yōu)先要求有軌電車沒(méi)有明顯減速的情況下通過(guò)交叉口,而不是到達(dá)交叉口接近停止時(shí)方才開(kāi)啟綠燈。至于形式上,筆者認(rèn)為不必拘泥于德國(guó)方法,而且中國(guó)像沈陽(yáng)渾南有軌電車運(yùn)行的交叉口還有紅燈倒計(jì)時(shí),其作用本身就可以接近于綠燈提前開(kāi)放。當(dāng)然紅燈倒計(jì)時(shí)和綠燈提起開(kāi)放之間的關(guān)系及其對(duì)綠燈間隔計(jì)算(駕駛行為的改變)可能產(chǎn)生的影響還值得繼續(xù)探討。

最后對(duì)于處理有軌電車信號(hào)優(yōu)先和行人之間的關(guān)系也是一個(gè)刻不容緩的話題,無(wú)論從交通安全本身還是從有軌電車在中國(guó)接受度和可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看這個(gè)問(wèn)題都不容忽視。尤其對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō),因?yàn)閷?duì)于乘客沒(méi)有公開(kāi)的時(shí)刻表,所以乘客根本不知道有軌電車的到達(dá)時(shí)間,只要等待時(shí)間一長(zhǎng),勢(shì)必造成亂穿馬路。當(dāng)然中國(guó)的有軌電車信號(hào)優(yōu)先或者說(shuō)公交信號(hào)優(yōu)先還處在初級(jí)階段,所以行人的利益可以暫時(shí)通過(guò)幾個(gè)交叉口開(kāi)展研究項(xiàng)目,以此為切入口再進(jìn)一步發(fā)展。另外有軌電車軌道和站臺(tái)作為基礎(chǔ)設(shè)施一旦建造完成很難在短時(shí)間內(nèi)拆除再造,并且信號(hào)控制對(duì)于道路基礎(chǔ)設(shè)施的作用是有限的,所以建議在這些基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)之初,便要考慮到道路基礎(chǔ)設(shè)施和信號(hào)控制之間的相互關(guān)系,或者說(shuō)行人在有有軌電車通過(guò)的交叉口的利益,以免浪費(fèi)不必要的財(cái)力、人力和時(shí)間成本進(jìn)行改造。

3　建議和總結(jié)

有軌電車交叉口信號(hào)優(yōu)先作為熱門(mén)話題在國(guó)內(nèi)的有軌電車運(yùn)行中都有不同程度的探索,在這其中也邀請(qǐng)不少外國(guó)專家參與設(shè)計(jì)。但是在學(xué)習(xí)國(guó)外信號(hào)優(yōu)先經(jīng)驗(yàn)時(shí)要做到“知其所以然”,不是從表象上學(xué)習(xí)德國(guó)或者歐洲其他國(guó)家的信號(hào)控制經(jīng)驗(yàn),而是探究其設(shè)置的理論基礎(chǔ)。對(duì)我們來(lái)說(shuō)重要的是,要了解它某種控制方法背后的原因和約束條件,這樣才能使其在中國(guó)的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)“本土化”,否則生搬硬套是行不通的。對(duì)此筆者想主要想對(duì)我國(guó)有軌電車平面交叉口信號(hào)控制提出建議:

有軌電車信號(hào)優(yōu)先依靠感應(yīng)控制,而感應(yīng)控制來(lái)自于定時(shí)控制。因此第一步應(yīng)該優(yōu)化信號(hào)定時(shí)控制的各種信號(hào)參數(shù),像周期過(guò)長(zhǎng),綠燈配時(shí)不合理等問(wèn)題應(yīng)及時(shí)調(diào)整,否則在有軌電車信號(hào)優(yōu)先的同時(shí)這些問(wèn)題會(huì)進(jìn)一步惡化;第二步是嘗試靈活應(yīng)用感應(yīng)信號(hào),此時(shí)可以暫時(shí)不考慮有軌電車信號(hào)優(yōu)先,比如合理地插入有軌電車特殊相位而不考慮其優(yōu)先;第三步是在能較好使用感應(yīng)控制的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展有軌電車的信號(hào)優(yōu)先。

德國(guó)在有軌電車信號(hào)優(yōu)先方面有著諸多Know-how,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索擁有成熟的經(jīng)驗(yàn)和完備的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。相比之下,我國(guó)在這方面還處于起步階段,因此對(duì)于信號(hào)控制優(yōu)先方面的“拿來(lái)主義”和“自主創(chuàng)新”是完善適合于中國(guó)交叉口有軌電車信號(hào)控制優(yōu)先的基本保障。

「1](德)道路與交通工程學(xué)會(huì) 編.李克平 譯.德國(guó)交通信號(hào)控制指南——德國(guó)現(xiàn)行規(guī)范(RiLSA)「M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2006.

U491.5+4

E

1009-7716(2015)12-0033-07

2015-06-08

虞笑晨(1987-)，男,上海人,在讀研究生,從事交通工程與機(jī)場(chǎng)規(guī)劃研究工作。