平面交叉口輕軌優(yōu)先信號(hào)控制策略研究摘要：本文介紹了地面輕軌系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)平面交叉口幾種典型的輕軌優(yōu)先信號(hào)控制策略進(jìn)行了分析和比較，并對(duì)輕軌優(yōu)先信號(hào)策略實(shí)施過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：輕軌；交叉口；信號(hào)優(yōu)先1前言 城市軌道交通系統(tǒng)以其大運(yùn)量、高速度、無(wú)污染等特點(diǎn)，已成為各大城市改善城市交通狀況的重要選擇方式之一。按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和線(xiàn)路敷設(shè)方式的不同，常見(jiàn)的城市軌道交通系統(tǒng)可以分為地鐵、高架輕軌與地面輕軌（新型有軌電車(chē)）等幾種形式。與地鐵和高架輕軌相比，地面輕軌系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）建設(shè)成本低。每公里造價(jià)在1-1.5億元，約為高架輕軌的1/2，地鐵的1/6，同時(shí)建設(shè)周期也短；（2）布置方式靈活。根據(jù)具體條件，線(xiàn)路可布置在城市道路中間帶、道路一側(cè)或兩側(cè)，也可以利用舊式有軌電車(chē)線(xiàn)路進(jìn)行改造，或與市區(qū)鐵路共軌運(yùn)行；（3）方便乘客。乘客可以在地面車(chē)站直接上下車(chē)，而不用先換至地下或高架車(chē)站，新型低地板輕軌車(chē)輛的應(yīng)用更是方便了老年人、殘疾人等特殊乘客乘車(chē)。此外，一旦線(xiàn)路區(qū)間或車(chē)站內(nèi)發(fā)生事故，乘客的疏散也更容易。 由于地面輕軌具有的上述特點(diǎn)，使之在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。在歐洲和北美的許多城市，地面輕軌系統(tǒng)在整個(gè)城市公共交通體系中發(fā)揮著重要的作用。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)的城市交通問(wèn)題日趨嚴(yán)重，各大城市都認(rèn)識(shí)到軌道交通系統(tǒng)是解決城市交通問(wèn)題的重要手段之一。目前我國(guó)已有十幾個(gè)城市建成或正在建設(shè)軌道交通系統(tǒng)。其中這絕大部分是地鐵和高架輕軌，僅有香港、大連等少數(shù)城市擁有地面輕軌。地面輕軌在我國(guó)較少被采用，主要原因在于大多數(shù)人認(rèn)為地面輕軌在交叉口處與其它車(chē)輛混行，運(yùn)行效率和安全性較差。如果處理好地面輕軌在交叉口的優(yōu)先通行問(wèn)題，那么其效率和安全是有保障的，并能收到良好的運(yùn)營(yíng)效果。2交叉口輕軌優(yōu)先信號(hào)控制策略2.1被動(dòng)優(yōu)先策略 被動(dòng)優(yōu)先信號(hào)控制策略是在交叉口信號(hào)固定配時(shí)的基礎(chǔ)上，在每個(gè)信號(hào)周期內(nèi)增加專(zhuān)用的輕軌信號(hào)相位，在該相位階段只允許輕軌車(chē)輛通行，從而達(dá)到優(yōu)先控制的目的。具體的信號(hào)周期長(zhǎng)度和輕軌專(zhuān)用相位出現(xiàn)的時(shí)間，是根據(jù)輕軌的平均行駛速度、發(fā)車(chē)頻率、站點(diǎn)位置等因素來(lái)確定。為達(dá)到更好的控制效果，往往還需要對(duì)交叉口進(jìn)行必要的渠化和管制，以減少輕軌與其他機(jī)動(dòng)車(chē)流的潛在沖突，如設(shè)置中間島、禁止機(jī)動(dòng)車(chē)左轉(zhuǎn)等。 由于不用設(shè)置輕軌車(chē)輛檢測(cè)器等附加設(shè)備，實(shí)現(xiàn)該控制策略所需的成本較低。但當(dāng)不是每個(gè)信號(hào)周期都有輕軌車(chē)輛通過(guò)交叉口時(shí)，其有關(guān)的信號(hào)時(shí)間就會(huì)被浪費(fèi)掉，同時(shí)造成交叉口整體延誤時(shí)間的增加。因此，雖然被動(dòng)優(yōu)先控制策略在一定程度上可以提高輕軌的運(yùn)營(yíng)效率，但在一般情況下并不推薦采用。2.2絕對(duì)優(yōu)先策略 絕對(duì)優(yōu)先的輕軌信號(hào)控制類(lèi)似于鐵路列車(chē)通過(guò)交叉口時(shí)的獨(dú)占式信號(hào)控制模式。在此種模式下，當(dāng)安裝在交叉口上游的入口檢測(cè)器檢測(cè)到有輕軌車(chē)輛到達(dá)時(shí)，交通信號(hào)控制器就會(huì)中斷當(dāng)前的信號(hào)相位，直接給予輕軌車(chē)輛通過(guò)信號(hào)；當(dāng)交叉口下游的出口檢測(cè)器檢測(cè)到輕軌車(chē)輛已通過(guò)交叉口后，再恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)相位。這樣當(dāng)輕軌列車(chē)到達(dá)交叉口時(shí)就可以不減速地直接通過(guò)，實(shí)現(xiàn)輕軌運(yùn)行時(shí)的“一路綠燈”。 在絕對(duì)優(yōu)先信號(hào)控制策略的實(shí)施中，輕軌車(chē)輛的檢測(cè)是一個(gè)重要的因素。為保證控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，要求輕軌車(chē)輛檢測(cè)器必須具有較高的準(zhǔn)確性、靈敏性，不能誤檢和漏檢輕軌車(chē)輛。目前國(guó)外輕軌優(yōu)先控制系統(tǒng)常采用的車(chē)輛檢測(cè)方式主要有以下幾種：（1）利用路旁架設(shè)的雷達(dá)或超聲波檢測(cè)器檢測(cè)輕軌車(chē)輛位置；（2）利用軌道內(nèi)設(shè)置的磁感應(yīng)或光學(xué)裝置檢測(cè)輕軌車(chē)輛位置；（3）利用車(chē)載無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器和地面接受器檢測(cè)輕軌車(chē)輛位置。 輕軌車(chē)輛檢測(cè)器的具體安裝位置可根據(jù)輕軌平均行駛速度、交叉口清理時(shí)間及安全制動(dòng)距離等因素綜合確定，如附圖所示。
絕對(duì)優(yōu)先控制策略可以確保輕軌列車(chē)在通過(guò)交叉口時(shí)不受任何延滯，但對(duì)橫向車(chē)流的影響非常嚴(yán)重。當(dāng)交叉口的橫向交通量較大時(shí)，這種控制策略很容易引起交通阻塞。因此，通常在交通流量較低的交叉口或與市區(qū)鐵路共軌運(yùn)行的輕軌線(xiàn)路上，才采用這種控制策略。2.3完全優(yōu)先策略 與絕對(duì)優(yōu)先類(lèi)似，在完全優(yōu)先控制策略中，也需要在交叉口設(shè)置車(chē)輛檢測(cè)器，通過(guò)檢測(cè)輕軌車(chē)輛的位置確定是否給予其優(yōu)先信號(hào)。但與絕對(duì)優(yōu)先不同的是，該策略并不是無(wú)條件地中斷當(dāng)前信號(hào)相位，而是通過(guò)調(diào)整一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)不同相位出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)達(dá)到使輕軌優(yōu)先通行的目的。通常，在此種控制策略中有兩種基本的信號(hào)調(diào)整方式：（1）早斷。當(dāng)檢測(cè)器檢測(cè)到有輕軌接近交叉口時(shí)，若當(dāng)前相位輕軌方向的信號(hào)為紅燈，則通過(guò)調(diào)整信號(hào)機(jī)時(shí)相，為輕軌車(chē)輛提前提供綠燈；（2）遲啟。對(duì)已經(jīng)進(jìn)入綠燈區(qū)的輕軌車(chē)輛延長(zhǎng)綠燈時(shí)間，使其能夠順利通過(guò)交叉口。 通過(guò)早斷和遲啟等手段調(diào)整信號(hào)相位，可以為絕大部分的輕軌車(chē)輛提供優(yōu)先通行條件，同時(shí)對(duì)橫向車(chē)流的影響較絕對(duì)優(yōu)先控制策略減少。因此，這種控制策略在國(guó)外輕軌及公共汽車(chē)的優(yōu)先信號(hào)控制系統(tǒng)中被廣泛采用。2.4部分優(yōu)先策略 在完全優(yōu)先策略中，對(duì)每一列輕軌都試圖提供優(yōu)先通行條件。當(dāng)輕軌班次較密時(shí)，可能會(huì)造成信號(hào)相位的頻繁調(diào)整，對(duì)同向車(chē)流和橫向車(chē)流造成干擾。因此，一些城市的交通控制系統(tǒng)采取有選擇地為輕軌車(chē)輛提供優(yōu)先信號(hào)的策略，即部分優(yōu)先策略。依據(jù)具體情況的不同，選擇的標(biāo)準(zhǔn)可以是下列中的一種或幾種：（1）對(duì)提前或準(zhǔn)時(shí)的輕軌不提供優(yōu)先信號(hào)，僅對(duì)偏離時(shí)刻表的晚點(diǎn)列車(chē)提供優(yōu)先信號(hào)；（2）在高峰期為輕軌列車(chē)提供優(yōu)先信號(hào)，平時(shí)不提供優(yōu)先信號(hào)；（3）只對(duì)載客量超過(guò)一定數(shù)量的輕軌提供優(yōu)先信號(hào)，例如乘客超過(guò)200人的輕軌列車(chē)；（4）權(quán)衡輕軌列車(chē)延誤與機(jī)動(dòng)車(chē)延誤，確定是否為輕軌提供優(yōu)先信號(hào)。 與完全優(yōu)先策略相比，部分優(yōu)先策略的適用范圍更廣。但實(shí)現(xiàn)該策略需要信號(hào)控制系統(tǒng)提供額外的附加信息，以確定何種車(chē)輛在交叉口能得到優(yōu)先通行權(quán)，因而系統(tǒng)的整體成本會(huì)有所增加。3不同控制策略間的比較 附表從輕軌列車(chē)延誤、橫向車(chē)流延誤、系統(tǒng)建設(shè)成本三個(gè)方面對(duì)前述四種輕軌優(yōu)先信號(hào)控制策略進(jìn)行了比較： 從附表可以看出，四種策略在不同指標(biāo)上各有優(yōu)劣，很難選出一個(gè)“最佳”的控制策略。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)輕軌沿線(xiàn)交叉口交通流量、交通管理水平、系統(tǒng)投資限制等具體條件選擇合適的優(yōu)先控制策略。必要時(shí)，可采用支持輕軌優(yōu)先的交通仿真軟件，對(duì)各種輕軌信號(hào)優(yōu)先控制策略的實(shí)施效果進(jìn)行分析與評(píng)估，確定采用何種方式。4結(jié)束語(yǔ) 地面輕軌系統(tǒng)具有運(yùn)量大、造價(jià)低、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，可作為中等城市公共運(yùn)輸體系的骨干，或大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充。妥善處理好地面輕軌在交叉口處的優(yōu)先通行問(wèn)題，能使其獲得較高的運(yùn)營(yíng)效率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)：【1】何宗華.城市輕軌交通工程設(shè)計(jì)指南.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996：225-254【2】鄭祖武.中國(guó)城市交通.北京：人民交通出版社，1994：113-116【3】許紅，馬建軍，吳芳.發(fā)展輕軌運(yùn)輸是改善城市公共交通現(xiàn)狀的重要途徑#鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，1999（1）：19-21【4】王文斌，于大海，張吉輝.輕型軌道優(yōu)先交通信號(hào)控制系統(tǒng).電子產(chǎn)品世界，2001（3）：31-35【5】Ronald JB,et al An Overview of Transit Signal Priority. ITS America, 2002 7:2-9.
絕對(duì)優(yōu)先控制策略可以確保輕軌列車(chē)在通過(guò)交叉口時(shí)不受任何延滯，但對(duì)橫向車(chē)流的影響非常嚴(yán)重。當(dāng)交叉口的橫向交通量較大時(shí)，這種控制策略很容易引起交通阻塞。因此，通常在交通流量較低的交叉口或與市區(qū)鐵路共軌運(yùn)行的輕軌線(xiàn)路上，才采用這種控制策略。2.3完全優(yōu)先策略 與絕對(duì)優(yōu)先類(lèi)似，在完全優(yōu)先控制策略中，也需要在交叉口設(shè)置車(chē)輛檢測(cè)器，通過(guò)檢測(cè)輕軌車(chē)輛的位置確定是否給予其優(yōu)先信號(hào)。但與絕對(duì)優(yōu)先不同的是，該策略并不是無(wú)條件地中斷當(dāng)前信號(hào)相位，而是通過(guò)調(diào)整一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)不同相位出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)達(dá)到使輕軌優(yōu)先通行的目的。通常，在此種控制策略中有兩種基本的信號(hào)調(diào)整方式：（1）早斷。當(dāng)檢測(cè)器檢測(cè)到有輕軌接近交叉口時(shí)，若當(dāng)前相位輕軌方向的信號(hào)為紅燈，則通過(guò)調(diào)整信號(hào)機(jī)時(shí)相，為輕軌車(chē)輛提前提供綠燈；（2）遲啟。對(duì)已經(jīng)進(jìn)入綠燈區(qū)的輕軌車(chē)輛延長(zhǎng)綠燈時(shí)間，使其能夠順利通過(guò)交叉口。 通過(guò)早斷和遲啟等手段調(diào)整信號(hào)相位，可以為絕大部分的輕軌車(chē)輛提供優(yōu)先通行條件，同時(shí)對(duì)橫向車(chē)流的影響較絕對(duì)優(yōu)先控制策略減少。因此，這種控制策略在國(guó)外輕軌及公共汽車(chē)的優(yōu)先信號(hào)控制系統(tǒng)中被廣泛采用。2.4部分優(yōu)先策略 在完全優(yōu)先策略中，對(duì)每一列輕軌都試圖提供優(yōu)先通行條件。當(dāng)輕軌班次較密時(shí)，可能會(huì)造成信號(hào)相位的頻繁調(diào)整，對(duì)同向車(chē)流和橫向車(chē)流造成干擾。因此，一些城市的交通控制系統(tǒng)采取有選擇地為輕軌車(chē)輛提供優(yōu)先信號(hào)的策略，即部分優(yōu)先策略。依據(jù)具體情況的不同，選擇的標(biāo)準(zhǔn)可以是下列中的一種或幾種：（1）對(duì)提前或準(zhǔn)時(shí)的輕軌不提供優(yōu)先信號(hào)，僅對(duì)偏離時(shí)刻表的晚點(diǎn)列車(chē)提供優(yōu)先信號(hào)；（2）在高峰期為輕軌列車(chē)提供優(yōu)先信號(hào)，平時(shí)不提供優(yōu)先信號(hào)；（3）只對(duì)載客量超過(guò)一定數(shù)量的輕軌提供優(yōu)先信號(hào)，例如乘客超過(guò)200人的輕軌列車(chē)；（4）權(quán)衡輕軌列車(chē)延誤與機(jī)動(dòng)車(chē)延誤，確定是否為輕軌提供優(yōu)先信號(hào)。 與完全優(yōu)先策略相比，部分優(yōu)先策略的適用范圍更廣。但實(shí)現(xiàn)該策略需要信號(hào)控制系統(tǒng)提供額外的附加信息，以確定何種車(chē)輛在交叉口能得到優(yōu)先通行權(quán)，因而系統(tǒng)的整體成本會(huì)有所增加。3不同控制策略間的比較 附表從輕軌列車(chē)延誤、橫向車(chē)流延誤、系統(tǒng)建設(shè)成本三個(gè)方面對(duì)前述四種輕軌優(yōu)先信號(hào)控制策略進(jìn)行了比較： 從附表可以看出，四種策略在不同指標(biāo)上各有優(yōu)劣，很難選出一個(gè)“最佳”的控制策略。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)輕軌沿線(xiàn)交叉口交通流量、交通管理水平、系統(tǒng)投資限制等具體條件選擇合適的優(yōu)先控制策略。必要時(shí)，可采用支持輕軌優(yōu)先的交通仿真軟件，對(duì)各種輕軌信號(hào)優(yōu)先控制策略的實(shí)施效果進(jìn)行分析與評(píng)估，確定采用何種方式。4結(jié)束語(yǔ) 地面輕軌系統(tǒng)具有運(yùn)量大、造價(jià)低、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，可作為中等城市公共運(yùn)輸體系的骨干，或大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充。妥善處理好地面輕軌在交叉口處的優(yōu)先通行問(wèn)題，能使其獲得較高的運(yùn)營(yíng)效率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)：【1】何宗華.城市輕軌交通工程設(shè)計(jì)指南.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996：225-254【2】鄭祖武.中國(guó)城市交通.北京：人民交通出版社，1994：113-116【3】許紅，馬建軍，吳芳.發(fā)展輕軌運(yùn)輸是改善城市公共交通現(xiàn)狀的重要途徑#鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，1999（1）：19-21【4】王文斌，于大海，張吉輝.輕型軌道優(yōu)先交通信號(hào)控制系統(tǒng).電子產(chǎn)品世界，2001（3）：31-35【5】Ronald JB,et al An Overview of Transit Signal Priority. ITS America, 2002 7:2-9.
