車路協同環境下的現代有軌電車信號優先配置策略

朱軍功 隆 冰 胡興華

(1.重慶市交通規劃研究院,400020,重慶; 2.北京交通大學交通運輸學院,100044,北京//第一作者,高級工程師)

車路協同環境下的現代有軌電車信號優先配置策略

朱軍功1隆 冰1胡興華2

(1.重慶市交通規劃研究院,400020,重慶; 2.北京交通大學交通運輸學院,100044,北京//第一作者,高級工程師)

為了避免現代有軌電車在交叉口與社會車輛通行發生沖突,均衡現代有軌電車與社會車輛的通行效益,在非飽和交叉口中,針對現代有軌電車早到和晚點兩種情況,構建了現代有軌電車優先控制策略的基本框架。以延長綠燈時間、縮短紅燈時間、插入優先相位三種優先策略為基礎,提出了現代有軌電車優先主導下的交叉口控制流程;并結合現代有軌電車車速引導控制,提出了車速引導與交叉口信號組合控制策略。

現代有軌電車; 信號控制; 非飽和交叉口; 車速引導; 組合控制策略

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

現代有軌電車信號控制系統受城市道路交叉口信號控制系統的影響較大。國內外專家學者對現代有軌電車在交叉口的信號控制方法進行了大量研究:文獻[1]分析了現代有軌電車交通信號絕對優先、相對優先、獨立信號三種信號控制方案,并對三種方案的優缺點、方案選擇原則、接口內容、接口設備構成等做了對比分析。文獻[2]分析了現代有軌電車線路平面交叉、運能限制、速度限制等主要技術特征,提出網運分離、資源共享、交通協調的現代有軌電車規劃運營方法。文獻[3]通過車路通信方式獲取車輛位置、速度等數據,運用整數規劃模型對單個交叉口信號控制參數進行優化,提出了車路協同下的交叉口控制方法。文獻[4]根據車路協同系統獲取的車輛位置、速度、行駛方向等實時信息進行建模,構建了在線的交叉口信號優化控制方法。

本文考慮了現代有軌電車與社會車輛在平面交叉口的交互影響和沖突,針對現代有軌電車早到和晚點兩種情況,基于延長綠燈時間、縮短紅燈時間、插入優先相位三種控制策略,結合現代有軌電車速引導控制,提出了車速引導與交叉口信號控制的組合優先控制方法。

1 車速引導下的現代有軌電車信號優先控制框架

道路交叉口的現代有軌電車信號優先控制系統主要由車載調度系統、車輛檢測系統、無線通信系統、數據控制中心和智能信號控制機等5個子系統組成。

通過交叉口進口道上游路段車輛檢測系統檢測、識別現代有軌電車,并實現車載調度系統與車輛檢測系統的信息交換;車載系統獲取檢測系統傳輸的交叉口相位狀態、電車引導車速等信息,車輛檢測系統則獲取車輛的速度、載客量等信息。數據控制中心綜合現代有軌電車的到達時刻、運行速度、引導車速等信息,評估并預測其到達交叉口的時刻。智能信號控制系統結合現代有軌電車預期到達時刻、綠燈時間需求及交叉口信號燈當前的相位狀況,優選交叉口優先控制策略,并控制信號燈色跳轉。

圖1 車速引導下的現代有軌電車信號優先控制系統

2 現代有軌電車信號優先控制流程分析

2.1 信號優先控制的基本方式

2.1.1 延長綠燈時間策略

檢測到有列車時,通過數據控制中心預測列車到達交叉口時刻。若列車到達時刻交叉口信號燈的相位為綠燈,則需判定剩余綠燈時間是否能夠滿足列車通過交叉口的時間需求;如果不能滿足,則擬采用延長相位綠燈時間的優先控制策略。此時,判斷在相鄰相位剩余綠燈時間內能否排空進口道車流排隊,若能排空,則執行延長綠燈時間策略。綠燈執行時間末端的延長綠燈策略如圖2所示。

圖2 綠燈執行時間末端的延長綠燈策略

若數據控制中心預測列車到達時刻交叉口信號燈的相位為紅燈,則需判斷列車到達時刻在紅燈相位的位置。如果在紅燈前端,則通過上一相位綠燈時間延長等方式給予列車優先通行機會。紅燈執行時間始端的延長綠燈策略如圖3所示。

圖3 紅燈執行時間始端的延長綠燈策略

2.1.2 縮短紅燈時間策略

檢測到有列車時,通過數據控制中心預測列車到達交叉口的時刻。若列車到達時刻交叉口信號燈的相位為紅燈,則需判斷列車到達時刻在紅燈相位的位置。如果列車到達時刻在紅燈相位的位置位于紅燈末端,則通過當前相位縮短紅燈時間的方法給予列車優先通行的機會。紅燈執行時間末端的縮短紅燈策略如圖4所示。

2.1.3 插入優先相位策略

檢測有列車到達時,數據控制中心預測列車到達交叉口時刻。若列車到達時刻交叉口信號燈的相位為紅燈,則需判斷列車到達時刻在紅燈相位的位置。如果列車到達時刻在紅燈相位的位置位于紅燈中端,則通過在紅燈相位插入列車優先相位的策略實現列車優先通行。紅燈執行時間中端的插入優先相位策略如圖5所示。

2.2 信號優先控制流程

現代有軌電車信號優先控制流程如圖6所示。當數據控制中心預測列車到達時刻交叉口信號燈為綠燈時,智能信號控制系統需判斷列車到達時刻綠燈相位的位置。若該時刻位于綠燈相位前段或者中部,則列車可順利通過交叉口,無需采取優先措施。當數據控制中心預測列車到達時刻交叉口信號燈為紅燈時,智能信號控制系統需判斷列車到達時刻紅燈相位的位置。若該時刻位于紅燈相位前段則可通過延長上一相位綠時確保電車優先通行;若到達時刻位于紅燈相位中部,則需在紅燈相位時間中部插入優先相位;若判斷到達時刻位于紅燈相位末端,則需縮短紅燈執行時間,減少列車等待綠燈的時間。

3 車路協同環境下現代有軌電車信號優先控制策略分析

在車速引導環境下,通過對現代有軌電車的車速進行引導,調整和優化列車到達交叉口停車線的時刻,避免或降低列車在交叉口的排隊延誤和停車啟動延誤;與此同時,配合交叉口配時參數調整,最大化提升現代有軌電車和交叉口的通行效益。現以延長綠燈時間、縮短紅燈時間、插入優先相位三種策略為基礎,構建車速引導與配時優化組合策略。

圖4 紅燈執行時間末端的縮短紅燈策略

圖5 紅燈執行時間中端的插入優先相位策略

圖6 現代有軌電車信號優先控制流程

3.1 早到情況下的優先控制策略

若現代有軌電車早點到達,可通過引導適度降低車速,縮減早到時間。在有信號優先控制策略的交叉口,可通過縮短紅燈時間策略,配合車速引導,優化列車到達時刻,保障現代有軌電車優先通行。引導減速和縮短紅燈時間組合策略如圖7所示。通過該組合策略,避免單一減速策略導致列車經過交叉口時運行速度過低,影響現代有軌電車運營效率;同時,適度減速也壓縮了列車早到時間,縮短了優先策略時長,可避免交叉口非優先相位社會車輛因綠燈時間過短出現二次排隊。

3.2 晚點情況下的優先控制策略

若現代有軌電車晚點,且晚點時間相對較短,可采用延長綠燈時間策略保障列車優先通行。在車速引導環境下,通過引導提升車速,縮短電車晚點時間,同時配合交叉口延長綠燈時間策略,保障列車順利平穩通過交叉口。引導提速和延長綠燈時間組合策略如圖8所示。通過該組合策略,一方面可以避免單一提速策略導致列車經過交叉口時運行速度突兀變化,影響列車舒適性;另一方面也縮短了優先控制策略時長,減弱了對交叉口社會車輛的不利影響。

圖7 引導減速和縮短紅燈時間組合策略

若現代有軌電車晚點時間較長,交叉口相鄰非優先相位難以承受優先相位延長綠燈造成的時間損失,則可在車速引導環境下,通過引導提升車速,并配合插入優先相位的組合策略,保障列車順利通過交叉口。引導速度優化和插入優先相位組合策略如圖9所示。

圖8 引導提速和延長綠燈時間組合策略

圖9 引導速度優化和插入優先相位組合策略

若現代有軌電車早點時間較長,交叉口相鄰非優先相位難以承受優先相位縮短紅燈時間造成的時間損失,則可在車速引導環境下,通過引導適度降低車速,并配合插入相位的優先策略,避免或減少列車在交叉口的等待時間。

4 結語

我國城市道路交通擁堵問題日益嚴重,優先發展地面大客運量交通系統已逐漸成為共識。交叉口作為城市道路通行能力的瓶頸,制約著整個路網的通行效率。在不過多影響交叉口社會車輛通行效益的前提下,應盡可能為現代有軌電車優先通行提供條件,提升交叉口的整體通行效益。通過組合優先控制的方式,可均衡現代有軌電車與交叉口社會車輛的通行效益。該方式具有很好的應用前景。

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[5] 袁江波.現代有軌電車路口信號優先控制的方案及比選[J].城市軌道交通研究,2016(3):51-55.

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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)