張琦，楊梅，吳頌陽

(1.華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 200092)

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基于V/C比的有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制策略

張琦1，楊梅1，吳頌陽2

(1.華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 200092)

有軌電車；V/C比；交叉口；信號(hào)優(yōu)先；微觀仿真；VisVAP

為了使有軌電車與城市道路更加契合，改進(jìn)了停止線法計(jì)算通行能力模型，采用車道組計(jì)算形式并增加了有軌電車折減系數(shù)。同時(shí)提出了基于V/C比的有軌電車信號(hào)優(yōu)先策略制定方法。為驗(yàn)證基于V/C比的信號(hào)優(yōu)先策略制定方法的有效性，設(shè)立了對(duì)比項(xiàng)，采用基于VisVAP的信號(hào)優(yōu)先控制實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，實(shí)行有軌電車信號(hào)優(yōu)先策略是很有必要的，并且基于V/C比的信號(hào)優(yōu)先策略是行之有效的。

現(xiàn)代有軌電車作為一種清潔﹑快速的交通方式，對(duì)于解決交通擁堵和交通污染等問題具有明顯的優(yōu)越性。為了使有軌電車與城市道路更加契合，體現(xiàn)有軌電車運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，減少對(duì)城市道路影響，進(jìn)行有軌電車的信號(hào)優(yōu)先控制就顯得尤為重要。目前對(duì)于有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制的研究已經(jīng)非常廣泛，孫吉良[1]、袁江波[2]等人主要介紹實(shí)現(xiàn)有軌電車優(yōu)先控制的關(guān)鍵技術(shù)；李盛[3]、劉立龍[4]、Mariusz Kaczmarek[5]等人主要介紹有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制的實(shí)現(xiàn)邏輯?？傮w而言，目前研究主要集中在信號(hào)優(yōu)先控制方式介紹、控制邏輯，實(shí)際技術(shù)以及仿真驗(yàn)證等，但對(duì)于信號(hào)優(yōu)先方法選取的研究仍然很少?，F(xiàn)代有軌電車的信號(hào)控制方法主要分為3種：無優(yōu)先、條件優(yōu)先和絕對(duì)優(yōu)先，目前信號(hào)優(yōu)先方法的選取主要是依據(jù)城市道路等級(jí)，例如主干道與主干道交叉口通常采用無優(yōu)先常規(guī)定時(shí)式配時(shí)，主干道與支路交叉口采用有軌電車絕對(duì)優(yōu)先形式等。然而單純地依據(jù)道路等級(jí)制定優(yōu)先策略很可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，其問題在于等級(jí)高的道路V/C比可能并不大，等級(jí)低的道路V/C比相反可能非常大。因此，為更加合理制定有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制策略，本文針對(duì)有軌電車對(duì)道路的影響，改進(jìn)了停止線法計(jì)算通行能力模型，并提出了基于V/C比的有軌電車信號(hào)優(yōu)先控制策略制定方法，驗(yàn)證了其有效性。

1 算法邏輯

1.1 計(jì)算車道組通行能力

首先將交叉口進(jìn)道口劃分為車道組，然后根據(jù)改進(jìn)公式分別計(jì)算與有軌電車有相位沖突的每個(gè)車道組的通行能力，最后根據(jù)停止線法，提出一種包含有軌電車干擾參數(shù)的通行能力計(jì)算公式，改進(jìn)后車道組通行能力計(jì)算公式如(1)所示：

(1)

公式中：Ci為車道組i的通行能力(pcu/h)；T為信號(hào)周期時(shí)間(s)；tg為通行綠燈時(shí)間(s)；t0為首輛車啟動(dòng)時(shí)間(s)，一般取2.3 s；ti為平均通過停車線時(shí)間間隔(s)，一般取2.5 s；φ為折減系數(shù)，一般取0.9；N為車道組車道數(shù)；ft為有軌電車折減系數(shù)，其計(jì)算公式如(2)所示：

(2)

公式中：ft，T，tg同公式(1)；Tt為有軌電車運(yùn)行時(shí)間間隔；tm為有軌電車最小通過時(shí)間(s)一般為10 s到15 s；n為存在相位沖突的有軌電車線路個(gè)數(shù)，一般取1或2。另外，ft小于0沒有意義。

1.2 計(jì)算車道組V/C比

在獲得交叉口與有軌電車有相位沖突的各車道組通行能力后，分別計(jì)算有相位沖突的各車道組V/C比，根據(jù)所得V/C比制定有軌電車信號(hào)優(yōu)先策略。其車道組V/C計(jì)算公式如(3)所示：

(3)

公式中：Xi為車道組i的V/C比；Vi為車道組i的實(shí)際流量；Ci為車道組計(jì)算通行能力。

最后根據(jù)所得每個(gè)車道組的V/C比，選擇有軌電車在該交叉口每個(gè)相位的優(yōu)先形式，其范圍推薦表如表1所示。另外，與有軌電車無沖突的車道組直接采用絕對(duì)優(yōu)先形式。

表1 基于V/C比的優(yōu)先形式推薦表

2 仿真驗(yàn)證

2.1 信號(hào)優(yōu)先邏輯

信號(hào)優(yōu)先邏輯的完整性直接影響仿真的合理性和準(zhǔn)確性，因此，為使VisVAP的編程邏輯符合預(yù)期就需要完整的信號(hào)優(yōu)先邏輯。本文采用信號(hào)優(yōu)先邏輯如下：

(1)假設(shè)某一相位正在運(yùn)行，首先確定該相位是否與有軌電車相位沖突。

(2)如果是不沖突相位，則當(dāng)檢測器檢測到有軌電車到來，立即確定該相位綠燈剩余時(shí)間，如果綠燈剩余時(shí)間大于有軌電車最低通過時(shí)間，則直接運(yùn)行有軌電車相位；如果綠燈剩余時(shí)間小于有軌電車最低通過時(shí)間，考慮相位轉(zhuǎn)換后，下一相位是否與有軌電車相位沖突，如果沖突，則延長當(dāng)前相位綠燈時(shí)間，至有軌電車通過；若無沖突，則無變化，直接運(yùn)行有軌電車相位。

(3)如果是沖突相位，則分3種情況，第1種V/C比小于0.6，當(dāng)檢測器檢測到有軌電車到來，停止當(dāng)前相位，直接運(yùn)行有軌電車相位，直至有軌電車通過路口；第2種V/C比在0.6～0.8之間，當(dāng)檢測到有軌電車到來，檢測是否滿足約束條件，若不滿足，停止當(dāng)前相位，直接運(yùn)行有軌電車相位；若滿足，繼續(xù)運(yùn)行當(dāng)前相位；第3種當(dāng)V/C比大于0.8時(shí)，繼續(xù)運(yùn)行當(dāng)前相位，不運(yùn)行有軌電車相位。

(4)循環(huán)以上3步。

信號(hào)優(yōu)先邏輯流程圖如圖1所示。

圖1 信號(hào)優(yōu)先邏輯流程圖

2.2 仿真條件

為了使仿真結(jié)果與實(shí)際情況相接近，該項(xiàng)目采用實(shí)際交叉口、實(shí)際流量作為所有仿真的不變條件。選取唐山市新華道與華巖路交叉口、新華道與建設(shè)路交叉口和建設(shè)路與西山道交叉口等3個(gè)交叉口組成的路段。該路段位于唐山市市中心，周圍商業(yè)發(fā)達(dá)，屬于CBD地段。該路段交通量十分龐大并且3個(gè)路口分別包含丁字路口、十字路口及轉(zhuǎn)向路口，基本上包含了一般有軌電車通過路口的種類，對(duì)于仿真所需路段而言具有很好的代表性。實(shí)際流量為早高峰流量。另外，為了配合模擬，仿真路段不考慮土地因素、車站位置因素以及行人干擾，有軌電車線路統(tǒng)一采用中央式布置。

2.3 沖突相位車道組V/C比計(jì)算

以新華道與建設(shè)路為例，該交叉口周期140 s，南北直行和左轉(zhuǎn)方向的綠燈時(shí)間分別為56 s和28 s；東西直行和左轉(zhuǎn)方向綠燈時(shí)間分別為29 s和27 s。假設(shè)有軌電車運(yùn)行時(shí)間間隔為10 min和1 min，最小通過時(shí)間為10 s。交叉口實(shí)際車道組布置如圖2所示、實(shí)際流量如圖3所示。從圖2中可以看到，在該路口存在北進(jìn)口直行及左轉(zhuǎn)車道組、南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車道組、東進(jìn)口直行車道組與有軌電車沖突。根據(jù)公式1，公式2，公式3計(jì)算結(jié)果如表2所示。同理可計(jì)算另外兩交叉口數(shù)據(jù)。

表2 新華道與建設(shè)路交叉口計(jì)算V/C比匯總表

圖2 新華道與建設(shè)路車道組布置圖

圖3 新華道與建設(shè)路交叉口流量分配圖

2.4 仿真結(jié)果

仿真過程分3組，分別是是全無優(yōu)先策略、10 min時(shí)間間隔優(yōu)先策略和1 min時(shí)間間隔優(yōu)先策略。另外，由于在仿真開始時(shí)路網(wǎng)上并沒有車輛，需要一段時(shí)間穩(wěn)定狀態(tài)，因此為獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，仿真時(shí)間采用600 s到4 200 s。采集數(shù)據(jù)為能充分反映運(yùn)行狀況的平均延誤，以新華道與建設(shè)路交叉口的數(shù)據(jù)結(jié)果為例，匯總結(jié)果如表3所示。

表3 新華道與建設(shè)路平均延誤對(duì)比表

2.5 結(jié)果數(shù)據(jù)分析

從表3中可以明顯看到,全無優(yōu)先策略下在僅僅3個(gè)路口組成的短線路中有軌電車平均延誤就能達(dá)到111.04 s，可以預(yù)見如果是一條完整的有軌電車線路，其延誤時(shí)間還會(huì)大幅增加。在基于V/C比制定的優(yōu)先策略下，10 min和1 min運(yùn)行間隔有軌電車的平均延誤分別下降了68.9%和55.6%。在交叉口進(jìn)道口各方向延誤對(duì)比中，10 min運(yùn)行間隔相較于全無優(yōu)先策略延誤最大增加率為北進(jìn)口直行的29.6%，最大減少率為東進(jìn)口直行的0.02%；1 min運(yùn)行間隔相較于全無優(yōu)先策略延誤最大增加率為南進(jìn)口左轉(zhuǎn)的13.3%，最大減少率為東進(jìn)口直行的11.5%。

3 結(jié)論

(1)實(shí)行有軌電車信號(hào)優(yōu)先策略是很有必要的。如果不實(shí)行有軌電車信號(hào)優(yōu)先策略，有電車運(yùn)行延誤會(huì)明顯增加，這樣會(huì)明顯削弱有軌電車運(yùn)行優(yōu)勢(shì)造成資源浪費(fèi)。

(2)基于V/C比的有軌電車信號(hào)優(yōu)先策略制定方法是行之有效的。一方面該方法有效降低了有軌電車運(yùn)行延誤和對(duì)城市道路運(yùn)行的影響。另一方面，針對(duì)不同V/C比所制定的不同信號(hào)優(yōu)先策略均展現(xiàn)出良好的運(yùn)行效果，對(duì)城市道路干擾較小。

[1] 孫吉良. 現(xiàn)代有軌電車信號(hào)系統(tǒng)及技術(shù)關(guān)鍵的研究[J]. 鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2013,10(4):55-59.

[2] 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.

[3] 李勝，楊曉光. 現(xiàn)代有軌電車與道路交通的協(xié)調(diào)控制方法[J]. 城市軌道交通研究,2005,(4): 43-46.

[4] 劉立龍，李建成. 基于VISSIM的現(xiàn)代有軌電車交叉口信號(hào)優(yōu)先控制策略研究[J]. 公路與汽運(yùn).2014,(6):56-58.

[5] Mariusz Kaczmarek，Jeremi Rychlewski. TRAM PRIORITY TRAFFIC CONTROL ON COMPLEX INTERSECTIONS[A]. 11th IFAC Symposium on Control in Transportation Systems[C]. Delft.The Netherlands.2006:416-420.

Strategy of Tram Signal Priority Control Based on V/C Ratio

ZHANG Qi1, YANG Mei1, WU Song-yang2

(1.College of Civil and Architectural Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China; 2.College of Transportation Engineering, Tongji University,Shanghai 200092, China)

modern tram; V/C ratio; intersection; signal priority; micro simulation; VisVAP

In order to make the tram and urban road more suitable, the traffic capacity model calculated by the stop line method was improved by using the lane group and tram reduction factor added. The new method of the tram signal priority strategy based on V/C ratio was proposed. In order to verify the effectiveness of the method of the tram signal priority strategy based on V/C ratio. The contrast item was set up, and the implement method of signal priority based on VisVAP was adopted. The simulation results show that the strategy of tram signal priority is practical and necessary, and the strategy of signal priority based on V/C ratio is effective.

2095-2716(2017)01-0080-05

U491.5+1

A