城市平交路口有轨电车优先控制

城市平交路口有轨电车优先控制

严璐李森林羊有道

南京莱斯信息技术股份有限公司210000

摘要：本文主要结合中国城市平交路口交通状况，根据有轨电车典型路口的线路走向，有轨电车过交叉路口方式、站台布置位置以及社会交通信号状态，预测列车通过路口的时间，结合当前路口的情况，通过制定不同的优化控制策略，实现有轨电车信号优先控制。将现代有轨电车这一新兴交通方式融入到城市交通系统中，提高道路利用率、提升人均通过效率。

关键词：有轨电车；城市平交路口；优先控制

1.引言

现代有轨电车作为一种新型的城市快速公交系统，近年来在我国各大城市掀起了规划与建设的复兴热潮。据初步统计，国内有近百座城市开始提出建设现代有轨电车线路的意向或规划，近40座城市已经有了实际行动，我国有轨电车市场又迎来了一个新的发展时期。

通过有轨电车在平交路口信号优化控制，实现有轨电车的高效运行，充分发挥有轨电车的优势，更好地适应城市的发展，解决城市交通问题，已经成为未来智能交通市场的一大需求。

2.缩略语

OBCU：车载设备

OCC：运行控制中心

PCOI：路口信号优先控制器

TSC：路口信号优先控制器

3.设计目标

本文主要根据有轨电车路口的线路走向，过交叉路口方式、站台布置位置以及社会交通信号状态，预测列车通过路口的时间，并结合当前路口社会交通的情况，生成实时的信号优化控制策略。

系统结构与组成

有轨电车优先控制策略选择

绝对优先控制策略

当TSC收到PCOI发送的优先请求命令时，在保证相位需执行时间大于等于最小绿，相位剩余时间大于等于截止时间和绿闪的情况下，直接给予有轨电车允许通过信号；当收到有轨电车驶离交叉口的信号时，再恢复原来的信号相位。其特点是有轨电车在到达平交路口的大部分时刻都能享有绿灯，一路通行。

但在交通流量较大的交叉口，采用绝对优先控制策略会给横向车流带来非常严重的影响，这种控制策略通常也因此仅限于应用在横向交通量较低的交叉路口。

相对优先控制策略

相对优先控制策略也需要检测器来检测有轨电车的位置，从而判断是否给予其相应的信号优先；相对优先控制策略是通过调整一个信号周期内相位时间的长短，实现有轨电车的优先通行。相对优先对社会交通流的影响相对较少，但有轨电车的通过时效性会受到影响。

控制方式选择

系统应能够根据道路交通环境制定有轨电车路口信号控制方式，在有轨电车沿线复杂的交通环境中实现有轨电车信号优先控制策略，从而减少有轨电车在交叉口的延误。其中路口信号优先包括感应信号优先、人工请求优先等控制方式。

4.信号优先控制策略

根据有轨电车典型路口的线路走向、初步相位设计、有轨电车过交叉路口方式、站台布置位置以及社会交通信号状态，制定不同的优化控制策略。

优化控制过程可以分三个阶段：

第一阶段：利用“优先请求”信标检测有轨电车所到达的位置，计算需要发送的优先，判断当前有轨电车是否需要进行信号优先。

第二阶段：给予信号优先的有轨电车需在TSC指定的通行相位进入路口，并在通行相位顺利出清，若比预估的到达时刻晚到路口，在不超过最大绿的情况下，TSC延长通行相位直至信号优化的有轨电车出清路口。

第三阶段：信号优先的有轨电车出清后，在下一个周期进行周期补偿。

优化控制过程

有轨电车经过优先请求位置，TSC制定的优先控制策略

有轨电车请求优先控制策略主要有以下操作：无需优化、红灯缩短和绿灯延长。

设为接近位置与路口之间的距离，若检测器可以提供有轨电车的实时速度，设为有轨电车经过该位置的实时速度()，有轨电车从接近位置行驶到路口所需要的时间为，设为TSC收到“优先请求”时刻，根据估算出有轨电车到达路口的时刻。

有轨电车相对优先控制方案

单辆有轨电车相对优先控制

设有轨电车通过路口的时间为,相位最大优化时长为，考虑最小绿和倒9S的限制，得到通行相位配时需大于等于有轨电车通过路口时间。

若预估有轨电车在通行相位内到达，且通行相位的剩余时间使有轨电车能正常通过路口，当前有轨电车无需优化；若有轨电车在通行相位内到达，但通行相位的剩余时间不足以使有轨电车通过路口，通行相位结束后，当前有轨电车进入路口还未出清，延长通行相位直至有轨电车通过路口。若预估有轨电车在通行相位绿灯结束后到达路口，利用有轨电车通过路口时间可得到有轨电车驶离路口的时刻，若通行相位绿灯结束时刻与有轨电车驶离路口时刻之间的时间差不超过最大优化时长，则对当前有轨电车执行绿灯延长策略。

若不属于上述情况，对当前的有轨电车实行红灯缩短策略。

多辆有轨电车相对优先控制

当同一优化周期多辆有轨电车进入路口，若当前有轨电车与之前有轨电车的优化相位不一致，本周期不予优化；若当前有轨电车与之前有轨电车优化相位一致，当前的有轨电车与之前的有轨电车满足以下情况,认为当前的有轨电车是可以进行优化的。

①若之前有轨电车控制策略是无需优化和绿灯延长

通过判断通行相位绿灯结束时刻与的大小，令，若预估当前有轨电车在时刻之前到达路口，则认为当前有轨电车可在通行相位内通过路口，控制策略有无需优化和绿灯延长；否则当前有轨电车无法在本周期通过路口，需要对其进行红灯缩短策略，当前有轨电车将在下个周期的通行相位通过路口。

②若之前有轨电车实行红灯缩短策略，通过判断通行相位绿灯结束时刻与的大小，令，若预估当前有轨电车在时刻之前到达路口，则可在本周期通行内通过路口，否则实行红灯缩短策略，在下一个周期的通行相位通过路口。

有轨电车绝对优先控制方案

单辆有轨电车绝对优先控制

（1）预估有轨电车到达时刻所在相位是通行相位

若预估有轨电车到达时，通行相位剩余时间大于等于有轨电车通过路口时间，当前相位配时不需要优化，若剩余时间小于有轨电车通过路口时间，延长通行相位直至当前有轨电车通过交叉口。

（2）预估有轨电车到达时刻所在相位的下一个相位是通行相位

若有轨电车到达时刻所在相位已执行时间大于等于最小绿，则提前截止到达时刻所在相位，进入有轨电车通行相位，电车在通行相位进入并驶离路口；若有轨电车到达时刻所在相位已执行时间小于最小绿，则有轨电车到达时刻所在相位需执行完最小绿后，再进入有轨电车通行相位；

（3）有轨电车到达时刻所在相位均不满足上述情况

若有轨电车到达时刻所在相位已执行时间大于等于最小绿，则提前截止所属相位，并插入通行相位，插入相位的配时大于有轨电车通过路口的时间；若有轨电车到达时刻所在相位已执行时间小于最小绿，则有轨电车到达时刻所属相位需执行完最小绿后，再插入有轨电车通行相位。

多辆有轨电车绝对优先控制

假设之前有轨电车没有出清路口时，TSC再次收到有轨电车的优先请求，当前的有轨电车与之前的有轨电车满足以下情况,认为当前的有轨电车是可以进行优化的。

(1)之前有轨电车控制策略是插入相位

若预估有轨电车在插入相位绿灯结束之前到达，当前有轨电车可在插入的通行相位期间通过路口；若预估有轨电车在插入相位绿灯结束之后到达，分两种情况讨论：a)插入相位后有通行相位，到达时刻所在相位开启时间大于最小绿时，提前截止，到达时刻开启时间小于最小绿时，相位走完最小绿后截止，到达时刻所在相位的下一个相位到通行相位前的所有非通行相位走完最小绿后提前截止，当前有轨电车可在通行相位内通过路口；b)插入相位后没有通行相位，在保证到达时刻所在相位执行时间大于等于最小绿的情况下，提前截止到达时刻所在相位，同时在保证最小绿的情况下，提前截止，进入下一个周期进行优化。

(2)之前有轨电车控制策略是无需优化或绿灯延长

若当前有轨电车预估在通行相位到达，在通行相位结束后插入全红相位直至当前有轨电车通过路口；若当前有轨电车在通行相位结束后到达，当前有轨电车无法在本周期通过路口，进入下一个周期进行优化。

有轨电车经过进入路口信标

若当前有轨电车是可以进行优化的，当进行到有轨电车通行相位时，有轨电车通行方向的社会交通信号灯变为绿灯，若经过请求优化的有轨电车需要通过路口，此时有轨电车专用信号灯将由红灯变为绿灯，有轨电车可以驶进路口。

当进入路口信标检测到有轨电车经过，社会交通信号灯不变，电车专用信号灯由绿灯变为红灯，但若TSC给予第二辆电车信号优先，电车专用信号灯由红灯变为绿灯，在第二辆车经过进入路口信标后，电车专用信号灯再由绿灯变为红灯。

经过优先策略的电车都应在进入路口信标检测到，若通行相位需执行时间执行完毕，经过优先请求的有轨电车没有驶过进入路口信标，则对有轨电车通行相位进行延长，若通行相位需执行时间大于最大绿，仍没有检测到，则PCOI在经过倒计时后结束社会交通信号绿灯相位，同时有轨电车专用信号灯变为红灯。

有轨电车经过出清信标

记录下来的进入路口的车辆出清路口，交通信号控制器结束有轨电车通行相位；若所有有轨电车进入路口后，通行相位剩余时间已延长至最大绿，所有进入路口的车还未出清完毕，则有轨电车专用信号机显示为降级模式。

预估有轨电车到达路口早点

TSC收到PCOI的优先请求后，根据有轨电车调度中心发来的有轨电车运营时刻表，若有轨电车预估到达路口早点，交通信号控制器将不对正常方案的配时时间进行修改。

优化控制触发后的补偿算法

优先控制触发后，信号周期或相位差产生变化，影响道路交通控制系统协调控制的效果。在实现有轨电车优先控制后，补偿算法可以减少对道路交通控制系统协调控制的效果的影响。

当交通信号控制器对当前的有轨电车执行完优先策略后，在优化的下一周期对优化周期的各相位时长做相应补偿调整。若优化的相位不在原方案内，对原方案各相位时长按比例进行调整。

受最小绿和最大绿限制，若补偿在一个周期不能完成，就在下个周期继续进行补偿。

参考文献：

[1]李瑞敏、章立辉《城市交通信号控制》

[2]李盛、杨晓光《现代有轨电车与道路交通的协调控制方法》