朱軍功 隆 冰 胡興華

(1.重慶市交通規(guī)劃研究院,400020,重慶; 2.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院,100044,北京//第一作者,高級(jí)工程師)

車路協(xié)同環(huán)境下的現(xiàn)代有軌電車信號(hào)優(yōu)先配置策略

朱軍功1隆 冰1胡興華2

(1.重慶市交通規(guī)劃研究院,400020,重慶; 2.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院,100044,北京//第一作者,高級(jí)工程師)

為了避免現(xiàn)代有軌電車在交叉口與社會(huì)車輛通行發(fā)生沖突,均衡現(xiàn)代有軌電車與社會(huì)車輛的通行效益,在非飽和交叉口中,針對(duì)現(xiàn)代有軌電車早到和晚點(diǎn)兩種情況,構(gòu)建了現(xiàn)代有軌電車優(yōu)先控制策略的基本框架。以延長(zhǎng)綠燈時(shí)間、縮短紅燈時(shí)間、插入優(yōu)先相位三種優(yōu)先策略為基礎(chǔ),提出了現(xiàn)代有軌電車優(yōu)先主導(dǎo)下的交叉口控制流程;并結(jié)合現(xiàn)代有軌電車車速引導(dǎo)控制,提出了車速引導(dǎo)與交叉口信號(hào)組合控制策略。

現(xiàn)代有軌電車; 信號(hào)控制; 非飽和交叉口; 車速引導(dǎo); 組合控制策略

First-author′s address Chongqing Transport Planning Institute,400020,Chongqing,China

現(xiàn)代有軌電車信號(hào)控制系統(tǒng)受城市道路交叉口信號(hào)控制系統(tǒng)的影響較大。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)現(xiàn)代有軌電車在交叉口的信號(hào)控制方法進(jìn)行了大量研究:文獻(xiàn)[1]分析了現(xiàn)代有軌電車交通信號(hào)絕對(duì)優(yōu)先、相對(duì)優(yōu)先、獨(dú)立信號(hào)三種信號(hào)控制方案,并對(duì)三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)、方案選擇原則、接口內(nèi)容、接口設(shè)備構(gòu)成等做了對(duì)比分析。文獻(xiàn)[2]分析了現(xiàn)代有軌電車線路平面交叉、運(yùn)能限制、速度限制等主要技術(shù)特征,提出網(wǎng)運(yùn)分離、資源共享、交通協(xié)調(diào)的現(xiàn)代有軌電車規(guī)劃運(yùn)營(yíng)方法。文獻(xiàn)[3]通過(guò)車路通信方式獲取車輛位置、速度等數(shù)據(jù),運(yùn)用整數(shù)規(guī)劃模型對(duì)單個(gè)交叉口信號(hào)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,提出了車路協(xié)同下的交叉口控制方法。文獻(xiàn)[4]根據(jù)車路協(xié)同系統(tǒng)獲取的車輛位置、速度、行駛方向等實(shí)時(shí)信息進(jìn)行建模,構(gòu)建了在線的交叉口信號(hào)優(yōu)化控制方法。

本文考慮了現(xiàn)代有軌電車與社會(huì)車輛在平面交叉口的交互影響和沖突,針對(duì)現(xiàn)代有軌電車早到和晚點(diǎn)兩種情況,基于延長(zhǎng)綠燈時(shí)間、縮短紅燈時(shí)間、插入優(yōu)先相位三種控制策略,結(jié)合現(xiàn)代有軌電車速引導(dǎo)控制,提出了車速引導(dǎo)與交叉口信號(hào)控制的組合優(yōu)先控制方法。

1 車速引導(dǎo)下的現(xiàn)代有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制框架

道路交叉口的現(xiàn)代有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)主要由車載調(diào)度系統(tǒng)、車輛檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)控制中心和智能信號(hào)控制機(jī)等5個(gè)子系統(tǒng)組成。

通過(guò)交叉口進(jìn)口道上游路段車輛檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)、識(shí)別現(xiàn)代有軌電車,并實(shí)現(xiàn)車載調(diào)度系統(tǒng)與車輛檢測(cè)系統(tǒng)的信息交換;車載系統(tǒng)獲取檢測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)慕徊婵谙辔粻顟B(tài)、電車引導(dǎo)車速等信息,車輛檢測(cè)系統(tǒng)則獲取車輛的速度、載客量等信息。數(shù)據(jù)控制中心綜合現(xiàn)代有軌電車的到達(dá)時(shí)刻、運(yùn)行速度、引導(dǎo)車速等信息,評(píng)估并預(yù)測(cè)其到達(dá)交叉口的時(shí)刻。智能信號(hào)控制系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)代有軌電車預(yù)期到達(dá)時(shí)刻、綠燈時(shí)間需求及交叉口信號(hào)燈當(dāng)前的相位狀況,優(yōu)選交叉口優(yōu)先控制策略,并控制信號(hào)燈色跳轉(zhuǎn)。

圖1 車速引導(dǎo)下的現(xiàn)代有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)

2 現(xiàn)代有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制流程分析

2.1 信號(hào)優(yōu)先控制的基本方式

2.1.1 延長(zhǎng)綠燈時(shí)間策略

檢測(cè)到有列車時(shí),通過(guò)數(shù)據(jù)控制中心預(yù)測(cè)列車到達(dá)交叉口時(shí)刻。若列車到達(dá)時(shí)刻交叉口信號(hào)燈的相位為綠燈,則需判定剩余綠燈時(shí)間是否能夠滿足列車通過(guò)交叉口的時(shí)間需求;如果不能滿足,則擬采用延長(zhǎng)相位綠燈時(shí)間的優(yōu)先控制策略。此時(shí),判斷在相鄰相位剩余綠燈時(shí)間內(nèi)能否排空進(jìn)口道車流排隊(duì),若能排空,則執(zhí)行延長(zhǎng)綠燈時(shí)間策略。綠燈執(zhí)行時(shí)間末端的延長(zhǎng)綠燈策略如圖2所示。

圖2 綠燈執(zhí)行時(shí)間末端的延長(zhǎng)綠燈策略

若數(shù)據(jù)控制中心預(yù)測(cè)列車到達(dá)時(shí)刻交叉口信號(hào)燈的相位為紅燈,則需判斷列車到達(dá)時(shí)刻在紅燈相位的位置。如果在紅燈前端,則通過(guò)上一相位綠燈時(shí)間延長(zhǎng)等方式給予列車優(yōu)先通行機(jī)會(huì)。紅燈執(zhí)行時(shí)間始端的延長(zhǎng)綠燈策略如圖3所示。

圖3 紅燈執(zhí)行時(shí)間始端的延長(zhǎng)綠燈策略

2.1.2 縮短紅燈時(shí)間策略

檢測(cè)到有列車時(shí),通過(guò)數(shù)據(jù)控制中心預(yù)測(cè)列車到達(dá)交叉口的時(shí)刻。若列車到達(dá)時(shí)刻交叉口信號(hào)燈的相位為紅燈,則需判斷列車到達(dá)時(shí)刻在紅燈相位的位置。如果列車到達(dá)時(shí)刻在紅燈相位的位置位于紅燈末端,則通過(guò)當(dāng)前相位縮短紅燈時(shí)間的方法給予列車優(yōu)先通行的機(jī)會(huì)。紅燈執(zhí)行時(shí)間末端的縮短紅燈策略如圖4所示。

2.1.3 插入優(yōu)先相位策略

檢測(cè)有列車到達(dá)時(shí),數(shù)據(jù)控制中心預(yù)測(cè)列車到達(dá)交叉口時(shí)刻。若列車到達(dá)時(shí)刻交叉口信號(hào)燈的相位為紅燈,則需判斷列車到達(dá)時(shí)刻在紅燈相位的位置。如果列車到達(dá)時(shí)刻在紅燈相位的位置位于紅燈中端,則通過(guò)在紅燈相位插入列車優(yōu)先相位的策略實(shí)現(xiàn)列車優(yōu)先通行。紅燈執(zhí)行時(shí)間中端的插入優(yōu)先相位策略如圖5所示。

2.2 信號(hào)優(yōu)先控制流程

現(xiàn)代有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制流程如圖6所示。當(dāng)數(shù)據(jù)控制中心預(yù)測(cè)列車到達(dá)時(shí)刻交叉口信號(hào)燈為綠燈時(shí),智能信號(hào)控制系統(tǒng)需判斷列車到達(dá)時(shí)刻綠燈相位的位置。若該時(shí)刻位于綠燈相位前段或者中部,則列車可順利通過(guò)交叉口,無(wú)需采取優(yōu)先措施。當(dāng)數(shù)據(jù)控制中心預(yù)測(cè)列車到達(dá)時(shí)刻交叉口信號(hào)燈為紅燈時(shí),智能信號(hào)控制系統(tǒng)需判斷列車到達(dá)時(shí)刻紅燈相位的位置。若該時(shí)刻位于紅燈相位前段則可通過(guò)延長(zhǎng)上一相位綠時(shí)確保電車優(yōu)先通行;若到達(dá)時(shí)刻位于紅燈相位中部,則需在紅燈相位時(shí)間中部插入優(yōu)先相位;若判斷到達(dá)時(shí)刻位于紅燈相位末端,則需縮短紅燈執(zhí)行時(shí)間,減少列車等待綠燈的時(shí)間。

3 車路協(xié)同環(huán)境下現(xiàn)代有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制策略分析

在車速引導(dǎo)環(huán)境下,通過(guò)對(duì)現(xiàn)代有軌電車的車速進(jìn)行引導(dǎo),調(diào)整和優(yōu)化列車到達(dá)交叉口停車線的時(shí)刻,避免或降低列車在交叉口的排隊(duì)延誤和停車啟動(dòng)延誤;與此同時(shí),配合交叉口配時(shí)參數(shù)調(diào)整,最大化提升現(xiàn)代有軌電車和交叉口的通行效益?，F(xiàn)以延長(zhǎng)綠燈時(shí)間、縮短紅燈時(shí)間、插入優(yōu)先相位三種策略為基礎(chǔ),構(gòu)建車速引導(dǎo)與配時(shí)優(yōu)化組合策略。

圖4 紅燈執(zhí)行時(shí)間末端的縮短紅燈策略

圖5 紅燈執(zhí)行時(shí)間中端的插入優(yōu)先相位策略

圖6 現(xiàn)代有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制流程

3.1 早到情況下的優(yōu)先控制策略

若現(xiàn)代有軌電車早點(diǎn)到達(dá),可通過(guò)引導(dǎo)適度降低車速,縮減早到時(shí)間。在有信號(hào)優(yōu)先控制策略的交叉口,可通過(guò)縮短紅燈時(shí)間策略,配合車速引導(dǎo),優(yōu)化列車到達(dá)時(shí)刻,保障現(xiàn)代有軌電車優(yōu)先通行。引導(dǎo)減速和縮短紅燈時(shí)間組合策略如圖7所示。通過(guò)該組合策略,避免單一減速策略導(dǎo)致列車經(jīng)過(guò)交叉口時(shí)運(yùn)行速度過(guò)低,影響現(xiàn)代有軌電車運(yùn)營(yíng)效率;同時(shí),適度減速也壓縮了列車早到時(shí)間,縮短了優(yōu)先策略時(shí)長(zhǎng),可避免交叉口非優(yōu)先相位社會(huì)車輛因綠燈時(shí)間過(guò)短出現(xiàn)二次排隊(duì)。

3.2 晚點(diǎn)情況下的優(yōu)先控制策略

若現(xiàn)代有軌電車晚點(diǎn),且晚點(diǎn)時(shí)間相對(duì)較短,可采用延長(zhǎng)綠燈時(shí)間策略保障列車優(yōu)先通行。在車速引導(dǎo)環(huán)境下,通過(guò)引導(dǎo)提升車速,縮短電車晚點(diǎn)時(shí)間,同時(shí)配合交叉口延長(zhǎng)綠燈時(shí)間策略,保障列車順利平穩(wěn)通過(guò)交叉口。引導(dǎo)提速和延長(zhǎng)綠燈時(shí)間組合策略如圖8所示。通過(guò)該組合策略,一方面可以避免單一提速策略導(dǎo)致列車經(jīng)過(guò)交叉口時(shí)運(yùn)行速度突兀變化,影響列車舒適性;另一方面也縮短了優(yōu)先控制策略時(shí)長(zhǎng),減弱了對(duì)交叉口社會(huì)車輛的不利影響。

圖7 引導(dǎo)減速和縮短紅燈時(shí)間組合策略

若現(xiàn)代有軌電車晚點(diǎn)時(shí)間較長(zhǎng),交叉口相鄰非優(yōu)先相位難以承受優(yōu)先相位延長(zhǎng)綠燈造成的時(shí)間損失,則可在車速引導(dǎo)環(huán)境下,通過(guò)引導(dǎo)提升車速,并配合插入優(yōu)先相位的組合策略,保障列車順利通過(guò)交叉口。引導(dǎo)速度優(yōu)化和插入優(yōu)先相位組合策略如圖9所示。

圖8 引導(dǎo)提速和延長(zhǎng)綠燈時(shí)間組合策略

圖9 引導(dǎo)速度優(yōu)化和插入優(yōu)先相位組合策略

若現(xiàn)代有軌電車早點(diǎn)時(shí)間較長(zhǎng),交叉口相鄰非優(yōu)先相位難以承受優(yōu)先相位縮短紅燈時(shí)間造成的時(shí)間損失,則可在車速引導(dǎo)環(huán)境下,通過(guò)引導(dǎo)適度降低車速,并配合插入相位的優(yōu)先策略,避免或減少列車在交叉口的等待時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)城市道路交通擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)重,優(yōu)先發(fā)展地面大客運(yùn)量交通系統(tǒng)已逐漸成為共識(shí)。交叉口作為城市道路通行能力的瓶頸,制約著整個(gè)路網(wǎng)的通行效率。在不過(guò)多影響交叉口社會(huì)車輛通行效益的前提下,應(yīng)盡可能為現(xiàn)代有軌電車優(yōu)先通行提供條件,提升交叉口的整體通行效益。通過(guò)組合優(yōu)先控制的方式,可均衡現(xiàn)代有軌電車與交叉口社會(huì)車輛的通行效益。該方式具有很好的應(yīng)用前景。

[1] 劉海軍,趙正平.現(xiàn)代有軌電車與交通信號(hào)系統(tǒng)接口方案分析[J]. 都市快軌交通,2014,27(2): 119-121.

[2] 朱衛(wèi)國(guó).從系統(tǒng)特征看有軌電車網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 [J].都市快軌交通,2015,28(3):42-45.

[3] PRIEMER C,FRIEDRICH B. A decentralized adaptive traffic signal control using V2I communication data[C]//Proceedings of the 12th International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems.St.Louis,MO,USA:IEEE,2009:765-770.

[4] GOODALL N J,SMITH B L,PARK B.Traffic signal control with connected vehicles [J].Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board,2013,2381:65-72.

[5] 袁江波.現(xiàn)代有軌電車路口信號(hào)優(yōu)先控制的方案及比選[J].城市軌道交通研究,2016(3):51-55.

[6] 張存保,冉斌,梅朝輝,等. 車路協(xié)同下道路交叉口信號(hào)控制優(yōu)化方法[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2013,13(3):40-45.

[7] 張存保,陳超,嚴(yán)新平. 基于車路協(xié)同的單點(diǎn)信號(hào)控制優(yōu)化方法和模型[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2012,34(10):74-79.

[8] 李鵬凱,楊曉光,吳偉,等. 車路協(xié)同環(huán)境下信號(hào)交叉口車速引導(dǎo)建模與仿真[J].交通信息與安全,2012,3(30):136-140.

Signal Priority Strategy for Modern Tram in the Environment of Vehicle/Road Cooperation

ZHU Jungong, LONG Bing, HU Xinghua

To avoid the conflicts between modern tram and road traffic,and balance the traffic benefit in tram intersection,according to the condition of modern tram′s early and late arrivals,a basic framework of priority control strategy is established.Its signal control process is based on three strategies:the green extension,the red truncation and priority phase insertion,and a intersection control process to ensure the priority of modern tram is proposed.Combining with tram speed guidance control, an integration of speed guidance and intersection signal control is put forward.

modern tram; signal control; unsaturated intersection; speed guidance; combined control strategy

U482.1

10.16037/j.1007-869x.2017.04.023

2016-04-28)