現代有軌電車平交道口常規道路交通流通過能力分析

羅 文 唐光華

(廣州有軌電車有限責任公司，510030，廣州//工程師)

采用混合路權的現代有軌電車，在運營中不可避免地會與道路上的常規道路交通流發生沖突。尤其是在平交道口，常規道路交通流狀況更為復雜，直接影響平交道口的通過能力。但國內目前仍缺乏對現代有軌電車平交道口常規道路交通流通過能力研究，沒有較好的、能夠有效應用的平交道口常規道路交通流通過能力模型。本文對影響現代有軌電車平交道口通過能力的關鍵因素進行分析，并在此基礎上建立了平交道口常規道路交通流通過能力模型，以期促進現代有軌電車的合理規劃和發展，并提高平交道口的通行效率。

1 現代有軌電車平交道口常規道路交通流通過能力的關鍵影響因素分析

影響現代有軌電車平交道口常規道路交通流通過能力的關鍵因素主要包括非機動車交通、平交道口車道數、信號相位控制及現代有軌電車開行對數等。

1) 非機動車交通的影響：非機動車交通以行人、單車、三輪車等慢行交通為主。該種交通方式的參與者具有不確定性和無規則性的特點，容易使平交道口處的常規道路交通流速度減低、堵塞，甚至中斷，導致平交道口常規道路交通流通過能力降低。

2) 平交道口車道數的影響：通常情況下，平交道口的車道數越多，其常規道路交通流通過能力就越強。因此，普遍采用壓縮已有車道、增加短車道的方式來提高平交道口常規道路交通流的通過能力。

3) 現代有軌電車的影響：現代有軌電車線路穿越平交道口，一方面增加了現代有軌電車與其他道路交通的沖突點，影響平交道口常規道路交通流的通過能力；另一方面現代有軌電車線路采用路面敷設，造成路面凹凸不平，常規道路交通一般都會減速通過，因此會影響平交道口常規道路交通流的通過能力。

以廣州現代有軌電車試驗段新港東路口T字型的平交道口為例，在路面上鋪設現代有軌電車軌道后，平交道口的沖突點由2個增加至了4個(如圖1所示)，這明顯加重了平交道口的沖突性；而且沖突點越多，影響越大，平交道口常規道路交通流通過能力折減也越多。

a) 穿越前

4) 信號相位控制的影響：平交道口信號相位控制包括信號周期、相位數量、相位順序，以及相位的紅、綠、黃燈時間等部分。每一部分的變動都能改變平交道口常規道路交通流的通過能力，如：綠燈時長直接決定該相位內車流的通過數量；黃燈時長則影響周期時長，進而影響車流通行時間的損失。

5) 現代有軌電車開行對數的影響：單位時間內現代有軌電車的開行對數，直接影響現代有軌電車在平交道口的通行頻率。現代有軌電車的通行頻率越高，對常規道路交通的影響就越大，平交道口常規道路交通流通過能力也就越低。

2 現代有軌電車平交道口常規道路交通流通過能力模型

現代有軌電車平交道口常規道路交通流通過能力是指單位時間內各個交通信號相位中通過該平交道口的最大車輛數(pcu/h)之和。主要受平交道口大小、形狀、車道數，以及車輛走行方式、現代有軌電車路權形式、交通信號控制方式等影響。最主要的影響因素為信號相位控制方式及車頭時距。

平交道口車道數的多少決定了常規道路交通流通過能力的大小。在不同的車道間，相同功能的車道其通過能力相同；不同功能的車道其通過能力的計算方法不同。本文采用單個車道作為最小單元進行計算。

在現代有軌電車平交道口，由于軌道穿越其中，影響常規道路交通流正常通過，因此導致車頭時距變長，常規道路交通流通過能力降低。因此，在功能相同車道中需分別計算穿越軌道與非穿越軌道的常規道路交通流通過能力。

2.1 通過能力計算的典型方法

國內外計算平交道口常規道路交通流通過能力的方法主要有停車線法、規范法、沖突點法及HCM(公路通行能力手冊)法4種,如圖2所示。本文采用停車線法計算現代有軌電車平交道口常規道路交通流通過能力。

圖2 平交道口通過能力計算方法

2.2 單車道通過能力計算模型

本文只討論車輛在直行、左轉及右轉情況下的單車道通過能力，其余不在討論范圍。對于現代有軌電車平交道口，雖然分為穿越軌道和非穿越軌道，但相同功能的單個車道的通過能力計算方法一致。

2.2.1 直行(左轉)車道通過能力

(1)

式中：

Cs——單條直行(左轉)車道的通過能力，pcu/h；

Tc——交通信號周期，s；

tg——綠燈時長，s；

t0——啟動損失時間，s；

ti——平均車頭時距，s。

t0=v/2a

(2)

式中：

v——車輛運行速度，m/s；

a——車輛平均加速度，m/s2。

2.2.2 右轉車道通過能力

右轉車道在有右轉信號燈控制時，計算方式與直行(左轉)車道通過能力一樣；在無信號燈控制時，則可隨時右轉，其計算方式如下：

(3)

式中：

CR——單條右轉車道通過能力，pcu/h；

ti——平均車頭時距，s。

2.3 不同信號控制方式下平交道口通過能力

2.3.1 無信號優先下平交道口通過能力

(4)

(5)

m——相位數量；

n——相位車道數；

Cj——車道通過能力，pcu/h；

Ck——相位通過能力，pcu/h；

k——相位順序；

C0——無信號優先下平交道口通過能力，pcu/h。

2.3.2 相對信號優先下平交道口通過能力

相對信號優先即通過早起或者延遲現代有軌電車相位綠燈開放時間，提高早到或者晚到路口的現代有軌電車的通過概率。因此，相對信號優先下平交道口通過能力的大小主要受現代有軌電車到達路口早晚點的概率、相鄰信號相位車輛通過能力、現代有軌電車開行對數及其相位等因素影響。故其計算模型如下：

C=C0+2f(β1+β2)p1-2fβ1p2-2fβ2p3

(6)

式中：

β1——綠燈早起的概率；

β2——綠燈延遲的概率；

p1——現代有軌電車相位下的其他車輛通過能力，pcu/h；

p2——現代有軌電車前一相位的其他車輛通過能力，pcu/h；

p3——現代有軌電車后一相位的其他車輛通過能力，pcu/h；

f——相對有軌電車開行對數，對/h。

2.3.3 絕對信號優先情況下平交道口通過能力模型

在絕對信號優先控制下，現代有軌電車除享有相對信號優先控制權外，還可通過插入現代有軌電車相位的方式提供信號優先。因此，其計算模型如下：

(7)

式中：

β3——插入相位的概率。

tstreetcar——現代有軌電車相位綠燈時間，s。

3 交通調查與數據分析

3.1 參數定義

車頭時距(h)是指在相同車道上行駛的連續2輛車通過某一參照物的時間差。本文以車輛前端保險杠通過平交道口停止線的時間差來計算車頭時距。

h=t2-t1

(8)

式中：

h——車頭時距，s/Veh；

t2——續行車輛通過停止線的時刻；

t1——前行車輛通過停止線的時刻。

并以此計算出平均車頭時距為：

(9)

式中：

h′——平均車頭時距，s/Veh；

hi——每輛車的車頭時距，s；

n——樣本容量。

3.2 調查地點及方法

針對廣州市有軌電車運營現狀，選取新港東路平交道口進行交通調查。新港東路平交道口流向示意圖如圖3所示。該路口為路中轉路側型平交道口，其中A、B、E為常規交通道路，C、D為現代有軌電車線路。

圖3 新港東路平交道口流向示意圖

由于新港東路口交通流量較大，需采集的樣本數量較多，且要求精度足夠高，因此本文采用視頻法調查交通流平均車頭時距狀況。

3.3 數據采集與處理

3.3.1 數據采集

所謂視頻法，即采用能夠精確顯示時間的攝像機錄制視頻，時間精度可達到0.01 s，以保障所采集數據的準確性。在實際調查過程中，以停止線為基準，采集新港東路平交道口常規道路交通流數據信息。通過計算相鄰2輛車通過停止線的時間差得出車頭時距。

由于在計算平交道口最大常規道路交通流通過能力時，所有車輛均需處于跟隨狀態。參考HCM法，車頭時距以5 s為界，當車頭時距超過5 s時，車輛不在跟隨狀態，視為異常數據，需人工剔除。最終將剩下的合格數據求平均值，得到平均車頭時距，如表1所示。

表1 新港東路平交道口樣本統計結果

3.3.2 模型參數標定

新港東路允許速度為60 km/h，直行道設計速度為允許速度的0.7倍(42 km/h)，加速度為1.5 m/s2；轉向道設計速度為允許速度的0.5倍(30 km/h)，加速度為1.2 m/s2。

路段行駛速度為60 km/h，直行車道設計速度為路段行駛速度的0.7倍(42 km/h)，轉向車道設計速度為路段行駛速度的0.5倍。按照公式2，計算得出新港東路口各相位車輛起動損失時間，如表2所示。

表2 模型參數設定表

3.4 平交道口通過能力計算過程

新港東路平交道口的相位控制流向包括社會車輛(相位1)、現代有軌電車(相位2)及人行過道(相位3)，如圖4所示。沒有現代有軌電車通過時，平交道口交通信號顯示，只有社會車輛相位及人行過道相位參與周期輪換，全相位周期為120 s；有現代軌電車通過時，則采用插入相位的方式實現絕對信號優先控制。各相位綠燈時長如圖4所示。

圖4 新港東路口相位示意圖

3.4.1 無信號優先控制下車流通過能力

1) 直行穿越軌道通過能力：直行(3條車道)Cs=821 cpu/h。

2) 右轉穿越軌道通過能力：右轉(3條車道)CR=820 cpu/h。

3) 右轉非穿越軌道通過能力：右轉(1條車道)CR=928 cpu/h。

因此，無信號優先控制下新港東路口通過能力C0=5 860 cpu/h。

3.4.2 絕對信號優先下平交道口通過能力

因此，由公式7計算得出新港東路口通過能力:C=2 870 cpu/h。

在絕對信號優先控制下，新港東路平交道口常規道路交通流的通過能力較無信號優先的通過能力大打折扣。這主要是為了提高現代有軌電車的準點率而使用信號優先，擾亂了其他常規道路交通的通行秩序，導致平交道口通過能力降低。因此，在現代有軌電車規劃、設計階段，就應該充分考慮現代有軌電車對常規道路交通的影響，通過合理有效的措施來提高整個路網運行效率。

4 結語

目前，現代有軌電車正在國內蓬勃發展，但對現代有軌電車合理規劃和設計方面的研究還比較欠缺，尤其是采用混合路權的現代有軌電車對社會車輛造成的影響等研究更是甚少。本文旨在解決

現代有軌電車平交道口常規道路交通流的通過能力問題，在分析影響現代有軌電車平交道口常規道路交通流通過能力關鍵因素的基礎上，利用停車線法建立了現代有軌電車平交道口在各交通信號類型情況下的常規道路交通流通過能力模型。基于廣州現代有軌電車試驗段新港東路口的交通調查數據，計算出平均車頭時距，并基于模型得出無信號優先及絕對信號優先下的平交道口常規道路交通流通過能力。通過上述研究，以期對現代有軌電車的規劃、設計、管理，以及提高路網運行效率提供指導意見。