中國嘉興市現代有軌電車交叉口信號優化策略研究

侯璐懿 陸珂渲 郭妤婷 馮胤鍇 許金昊

同濟大學浙江學院，中國·浙江 嘉興 314051

1 引言

自1881年世界首條有軌電車線路開通以來，有軌電車已經歷了143年的發展歷史，這期間有發展與繁榮，亦有衰落和復興。隨著中國經濟的快速發展及城市化水平的提高，城市人口大幅增長，城市交通問題也日益凸顯。為解決城市交通問題，中國嘉興市政府選擇開通有軌電車來助力城市公共交通的發展。截至2023年1月1日，嘉興市有軌電車T1 線已全面開通，運營里程共計13.8km，設站點16座。該線路連接了嘉興南站和安樂路，途徑嘉興火車站，采用混合路權和人工駕駛，線路為地面敷設，在道路交叉口與其他交通參與者（機動車、非機動車、行人）共享路權。“十四五”規劃中明確指出要建設智能交通、推廣交通信號聯動、公交優先通行控制，但嘉興市有軌電車的線網建設仍處于過渡階段[1]。隨著有軌電車迅速發展，城市道路的基礎性工作未能同步跟上，如有軌電車的線路設計、運行模式、路權優先等問題仍需要研究和完善。我組以項目前期的跟車調查和嘉興市有軌電車運營情況的實地探訪資料為基礎，結合中國和其他國家相關研究數據，認為嘉興市有軌電車在交叉口的通行情況存在改進空間。因此論文通過聚焦嘉興市由拳路-雙溪路交叉口高峰時段的整體通行情況，以所獲數據為研究依據，重新調配有軌電車在交叉口的信號相位規則。

2 嘉興市有軌電車T1 線交叉口交通信號

2.1 T1 線運行初期交叉口情況

2022年6月25日嘉興市有軌電車T1 線全線開通。

嘉興市有軌電車作為浙江省開通的首條有軌電車，對于探尋現代有軌電車與城市道路的協同發展之道有著重大意義。在我組于2022年6月4日進行的有軌電車跟車調研（情況見表1）中，可略見交叉口數量對有軌電車線路運行時間、速度的影響。

表1 有軌電車各運營段基本情況

2.2 T1 線運行初期交叉口交通信號

通過跟車調研，我組悉知初運營時有軌電車的路權較低，其主要表現為有軌電車與車輛同路權，需于路口等待信號燈跳轉。具體路權情況如圖1 所示。

圖1 初期有軌電車在交叉口的運行規則

2.3 T1 線運行后期交叉口交通信號

經過有軌電車線網運營策略整改，為有軌電車提供交叉口絕對優先通行權，通過在距離交叉口200m 范圍處布設信標，通過傳感器數據判斷有軌電車運行位置，平交路口優先控制器通過不同信標上傳位置與道路交通信號控制器配合，進行交叉口相位切換[2]。其運行規則如圖2 所示。

圖2 嘉興市有軌電車的運行規則

由拳路-雙溪路交叉口信號相位如圖3 所示。

圖3 由拳路-雙溪路交叉口信號相位

由拳路-雙溪路交叉口為四相位，在圖中分別顯示為A、B、C、D，而T 相位為有軌電車經過時的插入相位。信號相位時長如表2 所示。

表2 由拳路-雙溪路交叉口信號相位

根據實地調查，該交叉口信號相位運行邏輯如圖4所示。

圖4 后期有軌電車在交叉口的運行規則

2.4 T1 線交叉口交通信號優化

2.4.1 優化方向

在道路交叉口為有軌電車提供優先通行的信號，是落實公共交通優先戰略的體現，是提高有軌電車運營安全、運營速度、運營可靠性及運營效率的重要保障，是有軌電車智能化運營控制的重要特征。但有軌電車的交通信號優先與路權的分配密切相關，有軌電車采用混合路權時，在交叉口無法做到很好的信號優先。

目前，嘉興有軌電車T1 線的交通信號控制策略為絕對優先，即當有軌電車運行至交叉口時可不停車直接通過交叉口。此通行策略會侵占其他交通相位的時間資源，造成其他相位車輛的延誤增加，尤其對于流量大的相交道路其影響更為突出，將導致交叉口服務水平的下降。同時，由于道路交叉口的服務水平具有關聯性的特點，一個道路交叉口節點的瓶頸將會導致一個區域的交通阻塞，所以需要同步因有軌電車信號優先而受到影響的整體區域進行交通協調[2]。

因此，我組在借鑒蘇州高新區有軌電車1 號線的主動請求式信號優先策略的基礎上，結合被動式信號優先常用策略，創新考慮有軌電車交叉口優先級評價指標，提出道路相位正常疏通保護機制以提升交叉口總體客運通行能力。

2.4.2 被動式信號優先策略

傳統的被動式信號優先主要通過采集有軌電車運行的歷史數據以估算有軌電車需要的優先等級。常用的被動式優先方法如圖5 所示。

圖5 被動式優先方法

由于現實交通情況多變，應結合采用主動式信號優先方式優化信號。

2.4.3 主動式信號優先策略

有軌電車主動式信號優先的常用方法是基于延長同方向綠燈、縮短同方向紅燈、插入相位等方法衍生出來的。根據有軌電車到達時刻與當前信號控制所處的階段具體指定信號時間，該方案的實施應當在保證道路相位的最小綠燈時間、保證相位間的安全綠燈間隔的前提下進行。常見的主動式信號優先方法如圖6 所示。

圖6 主動式優先方法

2.4.4 道路相位正常疏通保護機制

考慮嘉興有軌電車線網正處在逐步完善階段，過高的信號優先將會破壞原道路相位的交通舒暢性，且由于有軌電車的運營具有靈活性的特點，其經過交叉口的時間點不易控制，易出現有軌電車交替通過而造成的綠燈通行資源空放等情況，降低交叉口整體通行效率[3]。因此，嘉興市有軌電車的信號控制除考慮主動式、被動式優先策略以外，還應兼顧交叉口的總體運行情況，即建立道路相位正常疏通保護機制。有軌電車經過交叉口時將會導致垂直方向車道車輛進行等待，如圖7 所示。

圖7 有軌電車經過交叉口時將會導致垂直方向車道車輛進行等待

嘉興市有軌電車一班次五節車廂能夠承載的人數為368人，如表3 所示，根據2021年6月25日（嘉興有軌電車初次開通日）至2022年2月27日有軌電車每日運營數據，取平均上座人數40 人。

表3 2021年6月25日至2022年2月27日嘉興市有軌電車運營情況

汽車承載人數上限為4 人，其中1 人上座率為50%，2人上座率為20%，3 人上座率為15%、4 人上座率為10%、5 人上座率為5%。計算道路相位是否觸發正常疏通保護機制公式如下：

式中：judge——判斷有軌電車經過時相位如何變換，若judge≥1則有軌電車相位正常插入下一相位，若judge＜1則觸發疏通保護機制，有軌電車在交叉口等待當前相位結束后插入相位；

Pg——有軌電車承載人數，在嘉興市有軌電車運營中取值為40；

P直——與有軌電車同方向放行的車流承載人數；

P’當前——當前相位放行的車流承載人數。

P′當前= P′1+ P′2+ P′3+ P′4+P′5

= q′×50%×1 + q′×20%×2 + q ′×1 5%×3 + q′×1 0%×4 + q ′×5%×5

q’為當前相位放行的車流量，同理：

P 直= P1+ P2+ P3+ P4+ P5

=q×50%×1 + q×20%×2 + q×1 5%×3 + q×1 0%×4 + q×5%×5

將以上綜合考慮，以交叉口疏通人數為衡量基準，當有軌電車方向直行車輛載人數以及有軌電車載人數小于交叉口垂直方向車輛載人數時，交叉口應采取道路相位正常疏通保護機制，取消有軌電車的優先通行權，而放行當前相位車流，進而提升交叉口總體客運通行能力。

2.5 T1 線交叉口信號優化最終方案

綜合考慮有軌電車及所經過交叉口通行效率，結合嘉興市有軌電車交叉口信號演變，論文提出T1 線交叉口信號優化的最終方案（如圖8 所示）[4]，在原有信號交叉口信號邏輯基礎上增設道路相位是否觸發保護，從而抑制突發的有軌電車信號優先造成的放行損失。

圖8 T1 線交叉口信號優化的最終方案

3 結語

論文通過提出道路相位正常疏通保護機制作為有軌電車與原有城市道路配合的紐帶，提升有軌電車網絡骨架與嘉興市城市交通的適配性，抑制有軌電車路權過高導致的信號燈空放，從而提升有軌電車經過的交叉口整體協調客流水平。