基于信息實時交互的現代有軌電車信號優先控制研究*

代磊磊 何廣進 劉東波 華璟怡

（公安部交通管理科學研究所，214151，無錫∥第一作者，副研究員）

現代有軌電車作為新型公共交通工具，已得到各政府管理部門和城市規劃部門的重視。與常規公共汽車相比，現代有軌電車具有高性能、乘車空間舒適、低噪音、低污染、對周圍環境影響小等特點；與地鐵相比，現代有軌電車具有造價低廉、換乘便捷等特點。截止目前，全國8個城市已開通運營、近10個城市正在建設、40余個城市開始規劃現代有軌電車［1］。

由于在城市道路上運行的現代有軌電車需要占用一定的道路資源，且在運行時與其他道路交通方式存在沖突和干擾［2］。因而決定了其在交通控制方面，即在與汽車時間通行權的矛盾處理上不同于其他城市軌道交通。為減少沖突，提高現代有軌電車沿線的通行效率，需對現代有軌電車（以下簡為“有軌電車”）在道路路口的交通信號進行優先控制設計。

1 有軌電車通過路口時的信息交互

有軌電車在道路路口通行時，由遠到近通過設置4組檢測器（預告、接近、進入、駛離）來獲取通行的位置信息，如圖1所示。由圖1可知，通過觸發檢測器向道路交通信號控制機（TSC）發送請求，TSC將相應的控制結果反饋給有軌電車信號控制器（RJC），以實現有軌電車專用信號燈的開啟和關閉。

按照信號優先的控制要求，RJC和TSC之間的交互信息按功能作用可分為請求/反饋、狀態、安全3類信號，不同位置的檢測器給出的請求反饋信號亦有所不同。反饋信號主要包括：有軌電車優先控制功能開啟/關閉信號、有軌電車接近預告信號、有軌電車接近請求信號、有軌交叉口占用信號、有軌電車控制器故障信號、信號機嚴重故障狀態信號以及與有軌電車放行沖突綠燈點亮信號，如圖2所示。

圖1 有軌電車優先控制檢測器設置示意圖

圖2 有軌電車信號控制器與信號機交互信號

2 有軌電車信號優先控制方式

有軌電車信號優先控制方式分為主動式和被動式兩種，主動式信號優先控制方式基于檢測信息進行自動控制，被動式信號優先控制方式基于排班計劃靜態設置。基于既有的有軌電車通行位置信息的實時檢測，本文采用主動式信號優先控制方式。考慮到有軌電車絕對優先對社會交通的影響很大，最終確定采用主動式的部分優先控制方式［3］。

2.1 有軌電車信號優先控制流程

基于有軌電車路口實時交互信息的類型，通過將檢測器敷設在有軌電車請求點、停車線內側及出口駛離處進行檢測，響應有軌電車請求和判斷有軌電車等待和駛離狀態，從而實現優先和反饋控制。有軌電車信號優先控制流程如圖3所示。

2.1.1 有軌電車接近預告信號預調整

該階段可對接收到有軌電車接近預告信號和接近請求信號之間的時間進行預先分配調整，并完成非請求相位的時間調整以及有軌電車專用待定相位的觸發。當有軌電車觸發接近預告檢測器，TSC即可收到有軌電車預告請求信號。針對于預告請求信號，TSC對當前運行相位到有軌電車放行相位之間的相位時間進行計算，并根據有軌電車到達交叉口的預估時間，進行相關相位時間的預計算，使有軌電車的放行相位綠燈時間覆蓋有軌電車通過交叉口時間，盡量滿足不停車通過。對于有軌電車的預告請求信號，TSC不進行反饋處理。

2.1.2 有軌電車接近請求信號確認調整

圖3 有軌電車信號優先控制流程

該階段為收到接近請求信號到進入交叉口之前的時間段，在“接近預告信號預調整階段”的基礎上，進行有軌電車不停車通過交叉口的判斷、調整修正。該階段主要針對接近預告檢測器到接近請求檢測器之間的不確定干擾進行處理。經過判斷，采取縮短紅燈、延長綠燈的方法能夠滿足有軌電車不停車通行時，TSC對接近請求信號作出請求反饋，提示駕駛人采取相應操作，否則不進行任何反饋。

2.1.3 交叉口占用出清調整與安全處理

該階段結合有軌電車的進入和有軌電車在交叉口的通行時間參數，確定有軌電車進入交叉口的后續最短時間。當有軌電車放行時間將要結束時，判斷車輛是否已經離開交叉口，若沒有離開，進行適當延長，確保有軌電車安全駛離。但當有軌電車在交叉口出現異常情況，如交通事故、車輛異常等，經過長時間的延長，依然未收到有軌電車出清信號以及優先功能關閉信號，TSC將進入保護狀態，同時向交通控制指揮中心和RJC發送異常信號。

2.2 有軌電車信號優先控制方式

當請求信號觸發請求優先相位，此時有軌電車信號基本響應優先控制方式有3種：綠燈延長、紅燈縮短及插入相位［4-5］，分別對應不同的控制情境和請求點。

2.2.1 綠燈延長

若有軌電車請求的相位與當前執行的相位為同一個相位，且當前相位剩余的時間無法滿足請求有軌電車安全通過的要求（即小于設定的最短綠燈時間）時，則需對當前執行的相位時間進行延長，并對是否超過最長綠燈時間進行判斷，如符合要求，則對當前相位時間延長，以滿足有軌電車的通過需求。

2.2.2 紅燈縮短

若有軌電車請求的相位與當前執行的相位不處于同一個相位，則需要在滿足當前相位和隨后非請求相位運行最小綠燈時間的基礎上，提前結束當前和隨后的非請求相位，并以盡可能快的速度執行有軌電車請求的相位。

2.2.3 插入相位

若有軌電車請求的相位與當前執行的相位不處于同一個相位，則在滿足當前相位運行最小綠燈時間的基礎上，提前結束當前相位，并將請求的相位作為下一個將要執行的相位。

3 案例應用

蘇州高新區有軌電車1號線由龍安路站開始，經太湖大道站、建林路站、華山路站、湘江路站、何山路站、珠江路站及金山路站至蘇州樂園站，全線18.19 km，沿線共17個路口，初期設置10個車站。

通過現場實測和跟車調查，本線路實施信號優先控制后，有軌電車各道路路口的不停車通過率平均可達86.02%（見圖4），有軌電車行程時間由49 min縮短至41 min，平均速度由21.7 km/h提高到25.6 km/h，有效地提高了有軌電車道路路口通行效率。

圖4 蘇州高新區有軌電車1號線路口不停車通過率

4 結語

基于有軌電車路口通行位置信息的實時交互，本文設計了有軌電車信號優先控制流程，以及不同情境下的信號優先控制方式。將上述策略及方法應用于蘇州高新區有軌電車1號線，結果表明：該方法保證了有軌電車在平交路口的優先通行，有軌電車路口不停車通過率得到了有效保障，平均速度也獲得了很大提高。但有軌電車作為道路交通方式的一種，同時需要兼顧其他道路交通方式的通行權益，且選擇與關聯路口的協同控制，這也是選擇部分信號優先控制方式的重要原因。

［1］ 代磊磊，劉東波，何廣進，等.現代有軌電車平交路口信號優先與協同控制的實踐［C］∥第十屆中國智能交通年會優秀論文集.北京：第十屆中國智能交通年會學術委員會，2015：364.

［2］ 李盛，楊曉光.現代有軌電車與道路交通的協調控制方法［J］.城市軌道交通研究，2005（4）：43.

［3］ SUN Z L，DAI L L，HE G J.Signal priority control methods of modern tram at intersections［C］∥Rroceedings of the Fifth International Conference on Transportation Engineering.Reston：Virginia American Society of Ciril Engineers，2015：520.

［4］ 李凱，毛勵良，張會，等.現代有軌電車交叉口信號配時方案研究［J］.都市軌道交通，2013，26（2）：104.

［5］ 王舒祺.現代有軌電車交叉路口優先控制管理方法研究綜述［J］.城市軌道交通研究，2014（6）：17.