基于仿真分析的有軌電車運行狀況評估

李君羨

(上海濟安交通工程咨詢有限公司， 上海 200092)

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軌道工程

基于仿真分析的有軌電車運行狀況評估

李君羨

(上海濟安交通工程咨詢有限公司， 上海 200092)

分析了有軌電車仿真評估的特點與適用性，并針對不同建設(shè)階段，總結(jié)了評估的側(cè)重點，闡述了包括有軌電車仿真建模基礎(chǔ)調(diào)研內(nèi)容、背景交通仿真方法、有軌電車相關(guān)建模、運行評估參數(shù)選擇的考慮因素、工作流程以及重點。以珠海市有軌電車1號線仿真分析項目為例，驗證了理論分析的有效性，基于仿真結(jié)果對1號線一期工程信號控制方案進行擇優(yōu)，指出運營管理的關(guān)鍵節(jié)點，并針對二期工程建設(shè)提出建議。

有軌電車；仿真；模型；Vissim；評估

1 有軌電車仿真應(yīng)用特征及重點

(1) 有軌電車是城市交通的組成部分，空間和時間方面與其他交通方式有交互影響；

(2) 效益評估涉及經(jīng)濟、環(huán)境、效率、安全等多個維度；

(3) 線路規(guī)劃常常有多種設(shè)想，進而影響公共交通系統(tǒng)的建設(shè)計劃，形成了多個需要同時評估的平行方案；

(4) 社會影響深遠廣泛，評估具長期性。

交通仿真具有經(jīng)濟性、安全性、可重復性和可控性等優(yōu)勢，可通過建模和參數(shù)調(diào)整，切實模擬城市交通場景，對多個方案進行多維度、多指標的測試，在城市交通網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)鍵節(jié)點的運行情況演示、評估工作中被廣為使用。仿真用于有軌電車建設(shè)各階段的評估，其側(cè)重點主要體現(xiàn)在表1所示的各方面。

表1 各階段軌電車評估側(cè)重點

2 有軌電車仿真建模要點分析

2.1 基礎(chǔ)調(diào)研

建模目標對應(yīng)的調(diào)研內(nèi)容如表2所示。

表2 基礎(chǔ)調(diào)研內(nèi)容表

續(xù)表2

2.2 背景交通仿真

按照Vissim的參數(shù)設(shè)計規(guī)則，對調(diào)研數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化處理，輸入道路網(wǎng)以及設(shè)施、背景交通組成、私人/常規(guī)公共交通交通量輸入、路徑分配、讓行規(guī)則、減速區(qū)、速度決策點、交通信號控制方案等參數(shù)。

多選線方案、組織策略對比時，背景交通情況也將受到影響，如部分公交線路將被取消、行人過街可能移動位置等，需要各自建立仿真模型。

多應(yīng)急方案對比時，需根據(jù)預制策略完成備用通道和路徑的建模、備用信號控制方案輸入準備等，根據(jù)方案需要啟用。若通過Vissim的COM接口二次開發(fā)實時調(diào)整方案，需記錄各方案操作針對的路段、車道編號等參數(shù)，便于后期實現(xiàn)路段禁行、單向行駛控制、車道關(guān)閉等措施仿真。

2.3 有軌電車相關(guān)建模

有軌電車由多節(jié)車廂組成，應(yīng)根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)嚴格遵照車輛分節(jié)以及尺寸完成車輛建模。此外，需對車輛的變速行為、速度控制區(qū)間等動態(tài)參數(shù)進行標定。

有軌電車的發(fā)車間隔、站點所在位置固定，停車時間可預測，在全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，可模擬有軌電車停靠、駛離站臺的過程。其流程可以概括為：站臺位置確定、按照實際尺寸仿真站臺并嵌入路網(wǎng)、停靠時間參數(shù)制定、有軌電車線路與停靠站聯(lián)系、停靠站行為參數(shù)(時間、上下乘客情況)輸入。

因有軌電車的運力優(yōu)勢，交通組織上常配套提供優(yōu)先通行方案，如以主線綠波控制提升有軌電車行駛效率，或以感應(yīng)控制輔助、在不同場景調(diào)整方案，控制有軌電車優(yōu)先。可根據(jù)實際設(shè)計制定信號燈組方案，或可直接利用Vissim進行綠波帶設(shè)計。

圖1 有軌電車信號優(yōu)先處理外場設(shè)備布置圖

2.4 評估參數(shù)選擇

根據(jù)評估內(nèi)容的不同，仿真檢測器的位置以及測試參數(shù)組合都需調(diào)整。針對整體路網(wǎng)的分車型、分時段的測試參數(shù)可以對不同方案下各類出行方式的效率進行綜合比較，是比較常用的評估切入點。其他評估參數(shù)舉例如表3所示，均可根據(jù)實際情況分時段進行局部路段或路網(wǎng)整體測試。

表3 有軌電車仿真評估參數(shù)總結(jié)

3 珠海市現(xiàn)代有軌電車仿真評估

3.1 項目概況

2013年8月珠海現(xiàn)代有軌電車1號線首期工程開工建設(shè)，2014年11月建成通車。該線路二期工程接續(xù)建設(shè)，建成后與首期工程共同形成有軌電車1號線，實現(xiàn)珠海市香洲區(qū)內(nèi)香洲、新香洲、前山、拱北等地區(qū)的相互連接，并實現(xiàn)與廣珠城際前山站與珠海站的交通銜接。為確保有軌電車運行通暢，同時控制對其他交通方式的影響，前期結(jié)合當?shù)亟煌ㄇ闆r制定了有軌電車信號優(yōu)先方案，需以仿真為工具，評估其效果并進行優(yōu)化；需定量界定一期工程周邊的交通熱點，改善局部交通擁堵嚴重的交叉口(群)和節(jié)點；針對仿真過程中發(fā)現(xiàn)的問題，綜合二期工程線路規(guī)劃情況，對比一二期工程的特點并預估二期建設(shè)可能存在的問題以及交通瓶頸位置；為珠海市有軌電車建設(shè)與維護提供可行建議。

3.2 一期工程評估結(jié)果

按照第2部分闡述流程與方法，結(jié)合收集到背景交通參數(shù)進行路網(wǎng)建模，并將包括有軌電車在內(nèi)的相關(guān)交通仿真數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)建整體模型。

對路網(wǎng)運行情況進行測試(部分數(shù)據(jù)見表4)，有軌電車對市政道路其他交通方式影響較大，尤其是地面常規(guī)公交的延誤非常明顯，降低了公共交通的服務(wù)水平，現(xiàn)有信控方案效果在有軌電車優(yōu)先方面仍有提升余地。

有軌電車沿梅華路雙向行駛，控制速度為21 km/h，不設(shè)置專用信號，與梅華路東西向交通一同放行，故改善有軌電車優(yōu)先控制對梅華路通道交通有利，有軌電車的通行效率上升同時，路網(wǎng)整體的通行效率也將有所提高。此外仿真現(xiàn)實相關(guān)交叉口南進口左轉(zhuǎn)車輛排隊明顯，應(yīng)當注意調(diào)節(jié)。

仿真通過交通聚合分析，發(fā)現(xiàn)健民廣場、健民路-梅華路、迎賓北路-梅華路三個節(jié)點連接的通道上有明顯的南北向車輛排隊，有軌電車優(yōu)先通行對其他流向交通的影響不利，需重點調(diào)節(jié)改善。

基于上述測試結(jié)果，綜合考慮東西、西東兩向的綠波配合，結(jié)合區(qū)域內(nèi)T字路口較多的特點，以交通熱點區(qū)域為主，設(shè)置新的信控方案，調(diào)整配時與相位差，必要時修改相位組合，重新仿真，可見有軌電車的車均速度基本達到計劃水平，其他交通方式的通行條件也大幅提升，普通公交延誤減小了1/2，私人交通車均延誤下降。同樣，局部區(qū)域交通情況也得到改善(表4)。

表4 信號控制方案改善前后路網(wǎng)部分測試參數(shù)對比

綜上，珠海有軌電車1號線一期工程仿真主要結(jié)論如下：

(1) 有軌電車的運行占用了道路空間與時間資源，必然對市政交通造成影響，南進口左轉(zhuǎn)交通延誤尤其嚴重，建議重點管理中山大學附屬第五醫(yī)院、迎賓北路-梅華路交叉口、健民路-梅華路交叉口等節(jié)點；

(2) 上述影響可以通過合理控制措施減小，信控配時優(yōu)化可以大幅提升路網(wǎng)交通效率，表現(xiàn)有軌電車服務(wù)水平得以保障的同時均車延誤減小、平均速度提高，目前仿真測試與實際情況仍有一定差距，屆時可根據(jù)實際情況微調(diào)。感應(yīng)控制運行效果要綜合考慮所有交通方式的效率，確保公共交通體系整體建設(shè)價值最大化，同時要兼顧其他交通方式利益，實現(xiàn)權(quán)利公平；

(3) 考慮有軌電車優(yōu)先方案實施引發(fā)交通流特征變化，應(yīng)充分照顧市民對有軌電車引發(fā)生活習慣變化的逐漸接受過程，考慮各類特殊情況、事故的快速處理以及影響控制，解決弊端，為市民提供實質(zhì)便捷。建議對高峰時段因有軌電車優(yōu)先通行造成的排隊和擁堵、不良天氣下有軌電車故障占用道路引發(fā)的擁堵、主要市政道路交通節(jié)點交通事故引發(fā)通道失效、極端情況下有軌電車引發(fā)交通事故等常見情況考慮，做好應(yīng)急預案并通過仿真評價其有效性；

(4) 交通效益的高低不僅體現(xiàn)為交通本身的通暢，更涉及到城市土地利用、環(huán)境保護、經(jīng)濟節(jié)約等方面，建議充分結(jié)合交通規(guī)劃理論、經(jīng)濟理論統(tǒng)籌考慮效率、環(huán)境、成本、城市建設(shè)提升、社會公平、市民滿意度改善情況綜合評價。

3.3 二期工程評估結(jié)果

(1) 體育中心大型活動的集中客流應(yīng)對。市政交通沖突問題嚴重，需綜合調(diào)整發(fā)車間距以及其他公共交通組分，保證公共交通服務(wù)質(zhì)量；

(2) 早晚高峰期間沿途住宅區(qū)交通需求集中，形成較大的出入站壓力，需通過需求和運力估算，合理確定發(fā)車間隔；

(3) 健民路、前山路現(xiàn)狀交通流量大，未來修建有軌電車車站如采用一期工程方法對路面交通進行部分封堵，可能會導致排隊延伸，造成擁堵，施工期間的臨時交通誘導非常重要；

(4) 與交通樞紐如珠海、廣珠城軌銜接的考慮；

(5) 后續(xù)運行的應(yīng)急方案涉及城區(qū)主要通道和多個公共建筑，非常復雜，需提前考慮。

3.4 后續(xù)實施建議

(1) 本次1號線一階段的仿真工作開展滯后，未能完全發(fā)揮作用。建議后期在線路設(shè)計階段即結(jié)合市政道路交通情況進行仿真，評估有軌電車運營情況；

(2) 建議編制應(yīng)急方案并通過仿真驗證適用性，完成效率對比，快速解決實際問題。二期工程涉及更多利益相關(guān)方，公共建筑集中，應(yīng)急方案測試的必要性更突出；

(3) 交通效益的高低不僅體現(xiàn)為交通本身的通暢，更涉及到城市土地利用、環(huán)境保護、經(jīng)濟節(jié)約等方面，建議充分結(jié)合交通規(guī)劃理論、經(jīng)濟理論統(tǒng)籌考慮效率、環(huán)境、成本、城市建設(shè)提升、社會公平、市民滿意度改善情況綜合評價。

4 結(jié) 語

本文對有軌電車仿真評估工作的特點進行了總結(jié)，分析了各階段仿真的主要目的，理清了有軌電車仿真建模的流程及工作內(nèi)容，以珠海市有軌電車1號線為例，驗證了方法的有效性，并針對項目給出了意見，切實體現(xiàn)了計算機仿真技術(shù)在有軌電車的運行效果評估以及綜合評價方面的廣泛應(yīng)用，可作為有軌電車選線、優(yōu)先控制方案、影響評估、瓶頸分析、應(yīng)急方案擇優(yōu)等工作的有效工具。

[1] 吳夢芹．新型軌道交通方式之現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)發(fā)展對策[D]．天津：天津大學管理與經(jīng)濟學部，2013．

[2] 武勇彥，劉小明，魏中華，等．換乘交通樞紐行人設(shè)施布局仿真評價研究[J]．交通信息與安全，2012,30(3):74-77+97．

[3] 王彥杰，張喜．大型鐵路客運站客流組織的動態(tài)仿真與評價分析[J]．交通信息與安全，2013,31(4) :129 -133．

A dissertation on performance evaluation of tramcar based on simulation

LI Jun-xian

(Shanghai Ji’an Transportation Consulting Co., Ltd, Shanghai, 200092)

Characteristics and applicability of tramcar simulation-evaluation were analyzed; the evaluation targets and key points of different construction phases were stated. A process consisted of survey, background traffic simulation, tramcar-related modeling, choosing evaluation index was illustrated, factors and nubs of every step were attached as well. Phase I Project of tramcar Line 1 in Zhuhai was taken as an example to check the validity of the method above, signal scheme was optimized and management bottlenecks concerned were localized based on the simulation result; and more advice about tramcar construction was provided to Phase II Porject.

tramcar; simulation; model; Vissim; evaluation

2016-09-06

李君羨(1987-)，女，黑龍江大慶人，工程師，研究方向：智能交通規(guī)劃設(shè)計、交通仿真。

U29-39

C

1008-3383(2017)05-0160-03