现代有轨电车平交路口信号优先需求分析及苏州有轨电车实践方案

张继光

（苏州高新有轨电车有限公司，215011，苏州//工程师）

现代有轨电车平交路口信号优先需求分析及苏州有轨电车实践方案

张继光

（苏州高新有轨电车有限公司，215011，苏州//工程师）

现代有轨电车线路多沿地面敷设，与道路平面交叉。为提高有轨电车通行效率，应在平交路口给予有轨电车优先通行权。结合苏州高新区有轨电车1号线的实际情况，分析并比较了有轨电车平交路口信号优先控制方案。详细描述了实时交互式方案的设计。实时交互式方案的灵活性、适用性好、安全性高，其控制策略易调整，便于管理，能较好地满足相关需求。

现代有轨电车；平交路口；信号优先；控制方案

在经济发展比较迅速的二、三线城市，地铁的建设受限于城市的规模及建设资金，无法在短期内实施。现代有轨电车作为介于地铁与快速道路公交之间的公共交通，可以通过合理的线位设计，作为中型城市的骨干公共交通，以解决人们的出行问题，有效降低道路的交通压力。有轨电车的建设周期短，资金投入少，更适合中小城市，故近年来在我国许多城市陆续开工建设。

与传统地铁不同，有轨电车线路在与社会道路的平交路口，与普通社会车辆共享路权。为保证有轨电车安全、高效通过平交路口，必须对有轨电车通行的平交路口信号系统进行特殊的设计。

1 基本功能需求分析

安全和效率是一切生产活动追求的目标，这对有轨电车来讲也不例外。平交路口信号系统的整体设计也要先从这两个方面入手。

首先，从安全方面来讲，有轨电车虽为特殊车辆，但也参与路口交通，其安全需求与普通社会机动车辆、非机动车辆和行人是一致的。只有路口交通参与者都服从路口信号的“统一协调”，才能保证路口交通安全。这是路口信号系统设计的基本原则。但是，因为有轨电车车辆具有其殊性，其车体较重、制动减速度小、制动距离长、车辆长度较长，所以不宜与其他普通交通参与者采取完全相同的信号控制方案。本文以苏州高新区有轨电车1号线车辆为例进行分析。该车辆基本技术参数见表1。

表1 苏州高新区有轨电车1号线车辆基本技术参数

其次，从效率方面来讲，有轨电车由于与社会道路平面交叉，故其平均旅行速度相对较低（国内全封闭地铁线路平均旅行速度约为30～40 km/h，现代有轨电车平均旅行速度约为20～30 km/h）。在保证路口通行安全的前提下，应尽量给予有轨电车优先通行权，使其通过路口时不停车或减少等待时间，从而提高有轨电车平均旅行速度。

再次，有轨电车平交路口信号系统的整体设计还要考虑对其他路口交通参与者的影响。有轨电车发车密度较大时，对路口交通影响较大。如果把有轨电车当作路口交通的唯一核心，片面追求有轨电车的效率，势必对路口的整体通行效率造成较大制约。

最后，有轨电车平交路口信号系统设计还需考虑设备本身的管理分界问题。众所周知，普通交通路口交通信号控制设备（Traffic Signal Controller，TSC）的管理方为交警部门，而有轨电车专用路口信号控制设备（Tram Road Junction Controller，TRJC）的管理方一般为有轨电车的运营单位。虽然有轨电车平交路口的信号系统要把交通信号机和路口控制器整合在一起，但为了清晰管理分解，还是需要在设计阶段尽可能划清设备分界点。

2 信号控制方案分析

通过对欧洲现代有轨电车的路口信号优先控制系统的调研发现，欧洲的道路交通信号智能化程度较高（多为区域联网、自适应型智能控制）。而欧洲有轨电车的平交路口大多相位较少（多为两相位），相应的计算场景简单、计算量小，利于对有轨电车的优先控制。所以，欧洲的现代有轨电车基本实现了绝对信号优先策略。我国有轨电车的平交路口大多为多相位路口。多相位的路口若要实现绝对信号优先策略，就要打破既有的路口交通信号放行顺序，对“左转待行”等传统的路口交通组织设计也有影响，可能会降低路口整体的交通效率。所以，绝对信号优先方案并不适应我国大多数城市的交通现状。

2.1 方案一

信号控制方案一为广为人知的“绿波”方案。该方案是指在指定的交通线路上，当规定好路段的车速后，要求交通信号机根据路段距离，对目标车流所经过的各路口绿灯起始时间做相应的调整，以确保该车流到达每个路口时，正好遇到绿灯。“绿波”比较适用于城市干线道路的单向交通控制，尤其适用于“潮汐交通”较为明显的道路。双向的“绿波”控制方案需要综合考虑多种因素，适用条件较为苛刻，且在我国实际使用中一直没有取得很好的效果，故目前应用范围不大。

从某种程度上来讲，双线线路的有轨电车对路口信号控制的需求，类似于双向的“绿波”方案控制需求。但也存在不少差异：有轨电车的线位不一定均为城市干线道路；有轨电车一般按照等间隔发车运营方式，不存在“潮汐交通”现象；有轨电车要在各个车站进行上下客作业，且时间并不完全可控。所以有轨电车无法和普通社会车辆一样按照“绿波”方案规定的路段车速行驶。此外，由于“绿波”控制方案对于车流有一定的“整理”作用（即使车流按照信号周期进行分割），故此方案应用于有轨电车线路，会导致列车运行间隔不可控。而且，按照“绿波”方案进行控制，信号周期、相位差等参数的调整都会直接对电车运营造成较大影响，使后期管理协调工作量较大。这有悖于减少管理交叉的目标。

2.2 方案二

信号控制方案二是实时交互式方案。如果说“绿波”方案是静态的，实时交互式方案就是动态的。简而言之，方案二将有轨电车作为一种特殊车辆，其每次通过路口都给予特殊的信号处理。每当有轨电车通过路口时，都与路口信号控制系统建立通信，并请求优先；当车体全部出清路口后再中断通信。

此方案的优点为：①灵活性、适用性较好，不会因交通信号机常用参数的修改而影响电车的运营；②控制策略易于调整，如采用相对优先策略，则可减小对路口交通的影响，使得电车自然融入整体路面交通；③由于信号控制系统与有轨电车建立了通信，可确保有轨电车完全出清路口后再转换交通信号相位，保证了有轨电车在路口区域内的安全；④可根据功能要求进行结构设计，可做到设备相对独立，便于划分有轨电车运营单位与道路交通管理单位的管理界面。

由上述分析可以看出，实时交互式的路口信号优先方案较好地响应了有轨电车优先控制的功能需求，故较为适用。

3 交互式路口信号优先控制方案的设计及实践

3.1 交互式路口优先控制方案的设计

方案设计包括系统架构设计、接口设计、设备布置设计等。

3.1.1 系统架构设计

采用交互式路口信号优先方案的系统架构如图1所示。每个平交路口均应配置检测设备、接口设备、控制设备和网络设备。

3.1.2 接口设计

图1 交互式路口信号优先方案系统架构

为使设备相对独立、界面清晰，且使控制与被控制关系明确，故在每个有轨电车平交路口均设置TSC和TRJC。TRJC与TSC通过硬线直接连接来进行通信。TRJC将有轨电车接近、进入、占用和离开路口的状态信息传送给TSC，再由TSC做出相应的信号处理，从而实现信号优先。同时，TRJC与TSC均将路口状态和控制信息通过网络上传至各自的控制中心。

有轨电车的检测环线和专用信号灯均接入TRJC。因此，可将TRJC作为执行和采集设备，而逻辑控制仍由TSC负责。TRJC与TSC的连接硬线只传输电平开关信号。由于涉及安全，应采用继电器电路，利用继电器的电气隔离特性来实现接口安全。根据功能要求，TRJC应向TSC传输有轨电车的预告、接近、路口占用和出清信号（且应区分方向），以及车辆健康状态信号等；TSC应向TRJC传输允许有轨电车前行或禁止通过信号（且应区分方向），以及车辆健康状态信号等。

每一列有轨电车都可能有两个或以上的运行方向，而不同的运行方向意味着交通信号相位的不同。因此，当多条有轨电车线路在路口交叉时，路口信号优先控制系统必须要获知每列有轨电车的运行方向。这种复杂情况的信息量巨大，故信号控制系统需具有大量硬线接口，或者应引入数据通信型接口。

当TRJC向TSC提出有轨电车信号优先的请求后，TSC会对请求信息进行处理、判断，根据实际情况，尽量满足有轨电车不停车通过。为减少对其他车辆的影响，信号优先控制系统宜采用“红灯缩短、绿灯延长”的策略。在电车“接近预告”时，TSC对有轨电车预计到达路口的时间进行计算，并在有轨电车“接近路口”时将执行指令，通过接口电路输出给TRJC。TRJC根据执行指令显示有轨电车信号灯。

3.2 设备布置设计及实践

（1）设备维护管理：按照设计方案，TSC由交警部门负责维护管理，TRJC由有轨电车运营管理单位负责维护管理。二者管理界面清晰，各负其责。

（2）设备选型：苏州高新区有轨电车1号线路口电车专用信号灯采用“蓝色”“白色”LED（发光二极管）信号灯。有轨电车检测设备采用金属感应环线（见图2）。经过使用验证，信号灯与金属感应环线性能稳定，故障率低。

图2 金属感应环线

（3）设备布置设计：有轨电车“进入路口”和“离开路口”的检测环线一般布置在停车线就近位置即可。有轨电车“接近路口”检测环线的位置设置是设计的关键。该检测环线距离路口的远近直接决定了路口信号优先控制系统为有轨电车处理优先通行的用时。从直观上评判，此用时越长，对有轨电车的优先控制就越有利。但如果“接近路口”检测环线设置得距路口过远，有轨电车会在此段因司机驾驶习惯的不同而导致运行时间相差较多。这非常不利于优先控制的参数设置。为解决这个矛盾，苏州高新区有轨电车1号线不仅保留“接近路口”检测环线，还设计了“接近预告”环线。根据有轨电车的运行速度数据，“接近路口”环线设置在距离路口停车线约150 m处。为尽可能延长控制系统对有轨电车优先通行的处理时间，“接近预告”环线设置较远。根据经验，推荐设置在距离路口400～500 m处（如具备条件，建议此环线采用虚拟环线，即采用列车定位作为请求点，便于后期根据使用情况灵活修改）。

4 结语

有轨电车运能主要受单车载客量、平均运行速度及发车间隔（运行间隔）等三方面因素的制约。有效提高有轨电车平均旅行速度的措施为提高有轨电车最高运行速度，以及减少运行中的非必要停车。

要提高有轨电车运行效率，除了优化路口信号控制系统的设计，还要选择最优的有轨电车线位。如果有轨电车的线位是跟随社会交通车流的主流向，且有轨电车运行的相位同时也是社会交通的主相位，则该相位的“绿信比”较高，那么显而易见，有轨电车的优先通行也就更容易实现。所以说，线路规划也会从很大程度上决定有轨电车的运能。

另外，现在许多城市交通的管理者把现代有轨电车视为“入侵者”。这种观点无可厚非，毕竟有轨电车作为一种与普通社会车辆存在明显差异的交通工具，要融入传统的道路交通是需要过程的。欧洲多年的有轨电车运营经验表明，这并非不能实现，而是要循序渐进，逐步成熟。所以，对于国内新建有轨电车的城市而言，初期应加强道路交通的秩序管理，加强安全宣传，为有轨电车的初期运营提供大力的安全保障，实现从建设到载客运营的平稳过渡。

［1］ 李盛，杨晓光.现代有轨电车与道路交通的协调控制方法［J］.城市轨道交通研究，2005（4）：23.

［2］ 刘新平.新型有轨电车信号系统方案研究［J］.城市轨道交通研究，2012（5）：32.

［3］ 虞笑晨.德国现代有轨电车平交口信号优先［J］.城市道桥与防洪，2015（12）：8.

Analysis of Modern Tram Signal Priority Requirement and the Practice of Suzhou Tramway

ZHANG Jiguang

Modern tram lines are generally laid on the ground,making plain intersection with roads.To improve the traffic efficiency，the passing priority must be given to modern tram at intersections.Combined with Suzhou tramway Line 1 running in the High-tech Area，several control solutions for passing priority are compared.The design of real-time interactive scheme is described in detail，it features flexibility，good adaptability and safety，adjustable control strategy and manageability，therefore could meet different requirements.

modern tramway； plain intersection； signal priority；control solution

Author′s address Suzhou New District Tramway Co.，Ltd.，215001，Suzhou，China

U491.2+32∶U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.12.017

2017-03-30）