張立杰

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基于軟件模型的有軌電車路口優(yōu)先研究

張立杰

（廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

通過軟件開發(fā)創(chuàng)建有軌電車運(yùn)行環(huán)境中的多元素模型，包含三種路口形式、社會車輛、有軌電車、社會車輛信號燈和電車專用信號燈以及車道等，結(jié)合線路狀況，模擬仿真有軌電車的路口優(yōu)先，從而確定項目工程設(shè)計階段和實施階段的路口設(shè)置及相位參數(shù)設(shè)置，為有軌電車項目設(shè)計提供了參考依據(jù)。

有軌電車；路口優(yōu)先；運(yùn)營仿真

0 引言

現(xiàn)代有軌電車不僅造價低、建設(shè)周期短而且單位能耗少、無污染、運(yùn)輸能力大，逐漸被很多的城市所認(rèn)可，因此在我國也呈現(xiàn)了整體發(fā)展的趨勢。廣州、南京、沈陽、蘇州、淮安和武漢等都已經(jīng)開通了有軌電車線路，并將其積極納入到城市綜合交通規(guī)劃當(dāng)中。

預(yù)計到2020年，有軌電車建設(shè)的線路將超過2500公里。在這樣一個迅猛發(fā)展的背景下，如何提高有軌電車運(yùn)行和社會公共交通的和諧運(yùn)行，對提高有軌電車的運(yùn)營效率和實用性都非常重要，路口優(yōu)先的好壞起到了決定性的作用[1-7]。但是在有軌電車工程項目初步設(shè)計階段，并沒有很好的方法去實際模擬有軌電車在經(jīng)過路口的方式。結(jié)合新型有軌電車運(yùn)營調(diào)度系統(tǒng)的研究項目，本文介紹了基于GUI模型的有軌電車路口優(yōu)先軟件開發(fā)[1]。

1 項目需求

結(jié)合廣州海珠區(qū)有軌電車試驗段的線路情況[8]和廣州道路交通系統(tǒng)情況，針對不同的路口型式提出合理可行的路口優(yōu)先方案，為有軌電車線路設(shè)計提供參考依據(jù)。

（1）針對有軌電車不同路口型式（T型、十字路口、Y型路口）、車站過軌等進(jìn)行相位設(shè)計和相位優(yōu)化。

（2）通過相位周期測算、有軌電車專用相位時間測算等，確定出適合典型路口的相位周期、優(yōu)先原則和優(yōu)先實施方案。

路口仿真軟件的用戶為軌道交通地鐵設(shè)計院或行業(yè)內(nèi)專業(yè)公司，所提供的軟件既要能對運(yùn)營場景進(jìn)行準(zhǔn)確評估，支持長時間仿真，同時也要具有一定的智能化水平，能夠?qū)\(yùn)行的情況進(jìn)行一定程度的分析預(yù)警[2]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

路口優(yōu)先控制軟件主要是用于有軌電車經(jīng)過路口時的路口優(yōu)先仿真測試，針對社會車輛和有軌電車的兩種相位、有軌電車的行車間隔、有軌電車的速度、路口間的車道長度、有軌電車流量、有軌電 車相位時間等實際影響因素進(jìn)行可配置化的仿真測試，從而確定合理的車路參數(shù)、路口優(yōu)先方式、以及路口優(yōu)先相位設(shè)置。

其系統(tǒng)功能在設(shè)計時，考慮到不同的站場設(shè)計方便，分為圖形和應(yīng)用兩部分，從軟件層次架構(gòu)上，分為5層，如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)層次架構(gòu)

3 GUI設(shè)計

GUI設(shè)計是軟件研究的重要一步，如何做到根據(jù)不同的站場、快速地在界面上展示道路圖并且能夠做到圖形間的一致性檢查診斷，這就要求合理的模型設(shè)計及關(guān)聯(lián)檢查[3]。

3.1 道路圖規(guī)劃

站場道路配置模塊主要實現(xiàn)根據(jù)用戶需求動態(tài)組合多種路口，包括十字路口、丁字路口（4種形式）、直行路口（2種形式），默認(rèn)安裝30個。動態(tài)多路口組合的實現(xiàn)，在30*30的柵格中通過“選擇” 按鈕，實現(xiàn)不同路口的選擇，路口選擇完成后，并動態(tài)選擇軌道在路口的鋪設(shè)方式，從而實現(xiàn)全路口、軌道連接圖。

軟件最大的優(yōu)點是，會提供一種方式供用戶可以修改每一個路口參數(shù)、信號燈參數(shù)、電車請求參數(shù)。配置結(jié)束后，可以保存在指定路徑下，默認(rèn)保存在軟件所在目錄下。當(dāng)然用戶也可以直接導(dǎo)入其他正確的道路圖。

用戶在道路規(guī)劃界面通過“選擇”按鈕選擇不同的路口，重新繪制站場道路圖，并在每一個路口設(shè)置電車軌道在路口的鋪設(shè)方式，從而形成完整的道路軌道圖；或是通過加載之前保存的正確的配置文件來修改站場道路圖，并將重新繪制或修改的道路圖保存到配置文件中。站場道路圖配置完成后，再通過路口參數(shù)設(shè)置界面、信號燈參數(shù)設(shè)置界面、電車請求參數(shù)界面來設(shè)置路口的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過文件讀寫模塊保存到相應(yīng)的配置文件中。

操作區(qū)是由30*30個帶有【選擇】按鈕（可以配置）的矩形框構(gòu)成。

點擊【選擇】，進(jìn)入路口類型選擇界面，在該界面依次點擊【路口參數(shù)設(shè)置】、【信號燈參數(shù)設(shè)置】、【信號燈分組】、【電車請求】按鈕，從而完成該路口的相關(guān)設(shè)置，最后點擊【選擇】按鈕，關(guān)閉路口類型的選擇界面，并在道路規(guī)劃點擊【選擇】按鈕的地方加載出已經(jīng)選擇并設(shè)置好參數(shù)的路口。如圖2所示：

圖2 路線參數(shù)設(shè)置

每個路口必須選中兩個方格，同一行（列）的方格有且只能選中一個。可以在已有的線路中進(jìn)行修改路口相關(guān)設(shè)置，比如路口類型及其相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

點擊菜單欄“道路圖規(guī)劃”時，打開道路規(guī)劃界面。

3.2 新增路口設(shè)置

點擊操作區(qū)區(qū)域中的【選擇】按鈕，進(jìn)入路口選擇界面。如圖3所示。

3.3 路口參數(shù)設(shè)置

在路口類型選擇界面，點擊【路口參數(shù)設(shè)置】按鈕，進(jìn)入路口參數(shù)設(shè)置界面。

4 軟件功能設(shè)計

路口運(yùn)營仿真的TSC模塊，是路口優(yōu)先軟件的重要功能之一，它用于控制路口信號燈的相位，包含列車專有信號燈。當(dāng)路口無列車接近即列車無請求時，TSC控制當(dāng)前路口信號燈周期運(yùn)行；當(dāng)列車接近路口向TSC發(fā)送請求時，TSC根據(jù)當(dāng)前路口的軌道線型和路口優(yōu)先設(shè)置控制當(dāng)前路口社會車輛信號燈相位和有軌電車專用信號燈相位。

電車進(jìn)入路口后，不顯示實時位置，僅標(biāo)記成區(qū)域占用，電車位于道路中央。電車駛離后，區(qū)域不再占用[4-5]。

圖3 新增路口設(shè)置

社會車輛依據(jù)相應(yīng)信號燈相位運(yùn)行。信號燈相位在列車經(jīng)過路口時需要根據(jù)3個優(yōu)先來決定[9-10]：

4.1 相對優(yōu)先

當(dāng)電車接近路口發(fā)出優(yōu)先請求，TSC收到優(yōu)先請求會根據(jù)路口當(dāng)前擁堵情況決定是否給電車優(yōu)先。如果路口電車所在信號機(jī)沖突方向（例如電車東西向行進(jìn)，南北向即為敵對方向）社會車輛擁堵情況正常（如處于綠色范圍）則給電車優(yōu)先響應(yīng)；如果路口電車所在信號燈沖突方向（例如電車東西向行進(jìn)，南北向即為敵對方向）擁堵情況已處于較擁堵狀態(tài)（如處于黃色范圍）則當(dāng)前時間不做響應(yīng)，間隔一定時間待擁堵緩解后再做出優(yōu)先響應(yīng)，相對優(yōu)先策略可設(shè)定參數(shù)，由用戶輸入；

4.2 絕對優(yōu)先

不論當(dāng)前路口處于什么狀態(tài)，當(dāng)電車接近并請求優(yōu)先時立刻中斷當(dāng)前路口相位時序，根據(jù)電車接近路口時間，提前為電車開放綠燈。待電車完全駛離路口后再恢復(fù)相位[6]。

4.3 不優(yōu)先

不優(yōu)先指不對電車發(fā)出的優(yōu)先請求做出響應(yīng)，電車在路口等待社會車輛綠燈放行時一同通過路口，不優(yōu)先電車信號燈與社會車輛信號燈相關(guān)設(shè)置由用戶設(shè)置。

路口信號燈由TSC控制，用戶設(shè)置各個燈組信號燈紅綠燈運(yùn)行周期時間，繼而后端數(shù)據(jù)處理，社會車輛信號燈按照對應(yīng)編號的燈組設(shè)定的顯示順序，循環(huán)顯示紅色、紅黃、綠色、黃色等。當(dāng)路口設(shè)置為列車絕對優(yōu)先時，電車接近路口發(fā)出請求信號給TSC，TSC決定響應(yīng)時間，最大為沖突相位的最小綠燈時間+黃燈時間。有軌電車信號燈只有紅、綠兩種。

軟件運(yùn)行結(jié)束，可以提供仿真報告，仿真報告分兩種：

（1）仿真正常結(jié)束報告：是在仿真正常結(jié)束后自動彈出的，同時可以再次點擊菜單中的【仿真報告】按鈕，進(jìn)行二次查看。

（2）仿真異常結(jié)束報告：是指軟件運(yùn)行過程中出現(xiàn)了參數(shù)配置不合理而導(dǎo)致的異常，所生成的報告。如圖4所示。

圖4 仿真報告

5 結(jié)論

路口優(yōu)先一直是有軌電車項目運(yùn)營高效最受關(guān)注的焦點，該軟件可以對設(shè)計院在項目初步設(shè)計階段起到電車路口選型的作用，還可以對智能信號系統(tǒng)在工程實施階段起到有軌電車路口參數(shù)配置的模擬仿真調(diào)試作用[7-8]。

國內(nèi)有軌電車的建設(shè)正處于一個高速發(fā)展時期，每個建設(shè)城市都進(jìn)行了有軌電車線網(wǎng)的規(guī)劃，在2020年前國內(nèi)要建設(shè)的線路就超過2500 km。各規(guī)劃設(shè)計院的工作都非常繁重，該軟件可以對項目設(shè)計起到快速有效的仿真指導(dǎo)作用[9-10]。

[1] 閆學(xué)順, 王景暉, 張俊杰. 基于Android的智能醫(yī)療管理軟件設(shè)計方案研究[J]. 軟件, 2018, 39(07): 33-36.

[2] 趙桔青, 陶福壽. 基于GIS的城鎮(zhèn)土地資源承載力評價[J]. 軟件, 2018, 39(07): 52-56+88.楊永平, 邊顏東, 周曉勤. 我國發(fā)展有軌電車存在的問題及建議[J]. 都市快軌交通, 2014(5): 1-3.

[3] 吳其剛. 現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)發(fā)展的重難點及對策研究[J]. 鐵道工程學(xué)報, 2013(12): 89-92.

[4] 李凱, 毛勵良, 張會. 現(xiàn)代有軌電車交叉口信號配時方案研究[J]. 都市快軌交通, 2013(2): 104-107.

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

[6] 劉新平. 新型有軌電車信號系統(tǒng)方案研究[J]. 城市軌道交通研究, 2012(5): 50.

[7] 廣州地鐵設(shè)計院股份有限公司. 廣州海珠區(qū)有軌電車試驗段工程初步設(shè)計資料[J]. 2012.

[8] 易立富. 現(xiàn)代有軌電車的路口優(yōu)先策略及信號控制技術(shù)[J]. 鐵道通信信號, 2016(11), 62-64.

[9] 苗剛. 現(xiàn)代有軌電車交叉路口信號優(yōu)先方案研究[J]. 施工技術(shù), 2015(3): 9.

Research on Tramway Intersection Priority Based on Software Model

ZHANG Li-jie

(Guangzhou Metro Design and Research Institute Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510010)

The article establishes multi-element model of tram running environment with software development, which includes three intersection forms, social vehicles, trams, social vehicle signal lights and special tram signal lights and lanes. Combining with line conditions, it simulates intersections priority of trams to determine establishment of intersections and phase parameters of project at design and engineering stage, and provides reference for tram project design.

Tram; Intersection priority; Operation simulation

U482.1

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.12.046

張立杰(1984-)女，高級工程師本科，研究方向：軌道交通及有軌電車的設(shè)計工作。

張立杰. 基于軟件模型的有軌電車路口優(yōu)先研究[J]. 軟件，2018，39（12）：202-206