基于信息实时交互的现代有轨电车信号优先控制研究*

代磊磊 何广进 刘东波 华璟怡

（公安部交通管理科学研究所，214151，无锡∥第一作者，副研究员）

现代有轨电车作为新型公共交通工具，已得到各政府管理部门和城市规划部门的重视。与常规公共汽车相比，现代有轨电车具有高性能、乘车空间舒适、低噪音、低污染、对周围环境影响小等特点；与地铁相比，现代有轨电车具有造价低廉、换乘便捷等特点。截止目前，全国8个城市已开通运营、近10个城市正在建设、40余个城市开始规划现代有轨电车［1］。

由于在城市道路上运行的现代有轨电车需要占用一定的道路资源，且在运行时与其他道路交通方式存在冲突和干扰［2］。因而决定了其在交通控制方面，即在与汽车时间通行权的矛盾处理上不同于其他城市轨道交通。为减少冲突，提高现代有轨电车沿线的通行效率，需对现代有轨电车（以下简为“有轨电车”）在道路路口的交通信号进行优先控制设计。

1 有轨电车通过路口时的信息交互

有轨电车在道路路口通行时，由远到近通过设置4组检测器（预告、接近、进入、驶离）来获取通行的位置信息，如图1所示。由图1可知，通过触发检测器向道路交通信号控制机（TSC）发送请求，TSC将相应的控制结果反馈给有轨电车信号控制器（RJC），以实现有轨电车专用信号灯的开启和关闭。

按照信号优先的控制要求，RJC和TSC之间的交互信息按功能作用可分为请求/反馈、状态、安全3类信号，不同位置的检测器给出的请求反馈信号亦有所不同。反馈信号主要包括：有轨电车优先控制功能开启/关闭信号、有轨电车接近预告信号、有轨电车接近请求信号、有轨交叉口占用信号、有轨电车控制器故障信号、信号机严重故障状态信号以及与有轨电车放行冲突绿灯点亮信号，如图2所示。

图1 有轨电车优先控制检测器设置示意图

图2 有轨电车信号控制器与信号机交互信号

2 有轨电车信号优先控制方式

有轨电车信号优先控制方式分为主动式和被动式两种，主动式信号优先控制方式基于检测信息进行自动控制，被动式信号优先控制方式基于排班计划静态设置。基于既有的有轨电车通行位置信息的实时检测，本文采用主动式信号优先控制方式。考虑到有轨电车绝对优先对社会交通的影响很大，最终确定采用主动式的部分优先控制方式［3］。

2.1 有轨电车信号优先控制流程

基于有轨电车路口实时交互信息的类型，通过将检测器敷设在有轨电车请求点、停车线内侧及出口驶离处进行检测，响应有轨电车请求和判断有轨电车等待和驶离状态，从而实现优先和反馈控制。有轨电车信号优先控制流程如图3所示。

2.1.1 有轨电车接近预告信号预调整

该阶段可对接收到有轨电车接近预告信号和接近请求信号之间的时间进行预先分配调整，并完成非请求相位的时间调整以及有轨电车专用待定相位的触发。当有轨电车触发接近预告检测器，TSC即可收到有轨电车预告请求信号。针对于预告请求信号，TSC对当前运行相位到有轨电车放行相位之间的相位时间进行计算，并根据有轨电车到达交叉口的预估时间，进行相关相位时间的预计算，使有轨电车的放行相位绿灯时间覆盖有轨电车通过交叉口时间，尽量满足不停车通过。对于有轨电车的预告请求信号，TSC不进行反馈处理。

2.1.2 有轨电车接近请求信号确认调整

图3 有轨电车信号优先控制流程

该阶段为收到接近请求信号到进入交叉口之前的时间段，在“接近预告信号预调整阶段”的基础上，进行有轨电车不停车通过交叉口的判断、调整修正。该阶段主要针对接近预告检测器到接近请求检测器之间的不确定干扰进行处理。经过判断，采取缩短红灯、延长绿灯的方法能够满足有轨电车不停车通行时，TSC对接近请求信号作出请求反馈，提示驾驶人采取相应操作，否则不进行任何反馈。

2.1.3 交叉口占用出清调整与安全处理

该阶段结合有轨电车的进入和有轨电车在交叉口的通行时间参数，确定有轨电车进入交叉口的后续最短时间。当有轨电车放行时间将要结束时，判断车辆是否已经离开交叉口，若没有离开，进行适当延长，确保有轨电车安全驶离。但当有轨电车在交叉口出现异常情况，如交通事故、车辆异常等，经过长时间的延长，依然未收到有轨电车出清信号以及优先功能关闭信号，TSC将进入保护状态，同时向交通控制指挥中心和RJC发送异常信号。

2.2 有轨电车信号优先控制方式

当请求信号触发请求优先相位，此时有轨电车信号基本响应优先控制方式有3种：绿灯延长、红灯缩短及插入相位［4-5］，分别对应不同的控制情境和请求点。

2.2.1 绿灯延长

若有轨电车请求的相位与当前执行的相位为同一个相位，且当前相位剩余的时间无法满足请求有轨电车安全通过的要求（即小于设定的最短绿灯时间）时，则需对当前执行的相位时间进行延长，并对是否超过最长绿灯时间进行判断，如符合要求，则对当前相位时间延长，以满足有轨电车的通过需求。

2.2.2 红灯缩短

若有轨电车请求的相位与当前执行的相位不处于同一个相位，则需要在满足当前相位和随后非请求相位运行最小绿灯时间的基础上，提前结束当前和随后的非请求相位，并以尽可能快的速度执行有轨电车请求的相位。

2.2.3 插入相位

若有轨电车请求的相位与当前执行的相位不处于同一个相位，则在满足当前相位运行最小绿灯时间的基础上，提前结束当前相位，并将请求的相位作为下一个将要执行的相位。

3 案例应用

苏州高新区有轨电车1号线由龙安路站开始，经太湖大道站、建林路站、华山路站、湘江路站、何山路站、珠江路站及金山路站至苏州乐园站，全线18.19 km，沿线共17个路口，初期设置10个车站。

通过现场实测和跟车调查，本线路实施信号优先控制后，有轨电车各道路路口的不停车通过率平均可达86.02%（见图4），有轨电车行程时间由49 min缩短至41 min，平均速度由21.7 km/h提高到25.6 km/h，有效地提高了有轨电车道路路口通行效率。

图4 苏州高新区有轨电车1号线路口不停车通过率

4 结语

基于有轨电车路口通行位置信息的实时交互，本文设计了有轨电车信号优先控制流程，以及不同情境下的信号优先控制方式。将上述策略及方法应用于苏州高新区有轨电车1号线，结果表明：该方法保证了有轨电车在平交路口的优先通行，有轨电车路口不停车通过率得到了有效保障，平均速度也获得了很大提高。但有轨电车作为道路交通方式的一种，同时需要兼顾其他道路交通方式的通行权益，且选择与关联路口的协同控制，这也是选择部分信号优先控制方式的重要原因。

［1］ 代磊磊，刘东波，何广进，等.现代有轨电车平交路口信号优先与协同控制的实践［C］∥第十届中国智能交通年会优秀论文集.北京：第十届中国智能交通年会学术委员会，2015：364.

［2］ 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）：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］ 李凯，毛励良，张会，等.现代有轨电车交叉口信号配时方案研究［J］.都市轨道交通，2013，26（2）：104.

［5］ 王舒祺.现代有轨电车交叉路口优先控制管理方法研究综述［J］.城市轨道交通研究，2014（6）：17.