現(xiàn)代有軌電車平面交叉口通行能力及研究

1、交通工程創(chuàng)新實(shí)踐課程報(bào)告現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)平面交叉口通行能力的研究現(xiàn)代有軌電車是從傳統(tǒng)的有軌電車脫胎而出的一種新型交通工具，具有更高的運(yùn)行速度、更舒適的乘車空間以及快捷的換乘方式。它在歐洲很大范圍內(nèi)的復(fù)興證明其存在的合理性。我國個(gè)別城市仍保留有一定數(shù)量的有軌電車，但其服務(wù)水平不高.如何將現(xiàn)代有軌電車(以下簡稱電車)在適當(dāng)?shù)臈l件下引入我國的城市交通，提高電車交叉口通行能力是值得研究的課題。歐洲的電車控制系統(tǒng)普遍以無線通信技術(shù)、全球定位系統(tǒng)和軌道檢測器為基礎(chǔ);當(dāng)其通過與社會(huì)車輛沖突的交叉口時(shí)，檢測裝置傳送電車到來的信息使得控制系統(tǒng)為電車提供優(yōu)先通行權(quán)，信號(hào)的切換時(shí)刻設(shè)置在社會(huì)車輛通行的某一相位完成后

2、，在電車通過交叉口之前的時(shí)段內(nèi)機(jī)動(dòng)車處于讓行狀態(tài)(除協(xié)調(diào)相位外)。此方法保證了信號(hào)的連續(xù)性，切換次數(shù)較少，使得駕駛員易于理解和操作;然而此法也造成沖突相位機(jī)動(dòng)車無謂延誤的增加，飽和度較高的流向容易產(chǎn)生多次排隊(duì)現(xiàn)象，甚至發(fā)生擁堵。本文論述了以實(shí)時(shí)補(bǔ)償原則來制定控制方案，科學(xué)處理有軌電車與社會(huì)車輛之間的通行矛盾，從而達(dá)到良好協(xié)調(diào)的目的，最大限度地利用了時(shí)間資源，減小了社會(huì)車輛的平均延誤。提高有軌電車交叉口通行能力.1 多層次協(xié)調(diào)控制方法鑒于電車與社會(huì)交通之間存有干擾的特性，決定其在交通組織方而有不同于其他軌道交通的特性。這種特性集中體現(xiàn)在與社會(huì)車輛通行權(quán)的矛盾上。解決這一矛盾將從宏觀和微觀兩個(gè)層次

3、對(duì)交通做好相應(yīng)的整體調(diào)整和細(xì)部設(shè)計(jì)。 鑒于電車系統(tǒng)的控制、功能和效率要求，須在保證其良好運(yùn)營的前提下對(duì)兩者在宏觀上和微觀上進(jìn)行要素整合。在此過程中將有軌電車系統(tǒng)作為調(diào)整的利益獲得方，即原則為:固定電車系統(tǒng)的功用，對(duì)城市道路系統(tǒng)整體和局部的諸種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)通行能力的最大化。電車和社會(huì)車輛同為城市交通的有機(jī)組成部分，盡管在通行權(quán)上形成一對(duì)矛盾，但仍然是交通系統(tǒng)中相輔相成的要素，在協(xié)調(diào)控制的過程中不能完全割裂。協(xié)調(diào)控制的層次顯現(xiàn)在圖1中:先整體后局部為協(xié)調(diào)的一般次序;在微觀層次難以解決的問題仍要上溯到宏觀層次中來解決。這種邏輯次序符合一般的科學(xué)方法。2 平面交叉口的控制鑒于交叉口控制方案是基于

4、原有交通狀況，因而在線路設(shè)計(jì)完成后一部分結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了或者依然存在著通行困難，這就要求針對(duì)有軌電車的介入改變交叉口的控制形式。為確保電車的運(yùn)營效率并維持結(jié)點(diǎn)一定的服務(wù)水平，依靠對(duì)交叉口幾何設(shè)計(jì)的重整以及相位、相序的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得道路的通行能力得以改進(jìn)。優(yōu)化的控制指標(biāo)是各進(jìn)口道的延誤和排隊(duì)長度。2. 1控制方案準(zhǔn)備方案準(zhǔn)備主要包括簡化交叉口幾何設(shè)計(jì)以及損失時(shí)間的計(jì)算，目的為清晰地了解交叉口的運(yùn)行狀況，簡化與電車沖突的交通流，并形成與電車協(xié)調(diào)的交通流，為方案的制定提供物理和邏輯基礎(chǔ)。2.1.1簡化交叉口 根據(jù)有軌電車與道路的沖突特點(diǎn)和形式，對(duì)交叉口的幾何參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)電車優(yōu)先通過的特性。在對(duì)道路

5、形式進(jìn)行調(diào)整時(shí)，使沖突車道與電車路線保持較大角度相交，使得電車通過對(duì)交叉口造成的損失時(shí)間減少，同時(shí)有利于行車安全(滿足良好的視覺條件以及穿越時(shí)的便利)。將通過交叉口的社會(huì)車流按照與電車沖突與否分為沖突流和協(xié)調(diào)流兩組，并試將沖突流進(jìn)行匯總，同時(shí)形成與電車協(xié)調(diào)的車道組。對(duì)于協(xié)調(diào)流，在電車通過的同時(shí)給予通行權(quán)。協(xié)調(diào)流包括與電車線路的延伸方向完全一致或與電車不存在沖突的車流方向。而對(duì)于沖突流，則實(shí)施損失時(shí)間實(shí)時(shí)補(bǔ)償，在電車通過后的第一時(shí)間內(nèi)予以放行，避免排隊(duì)和延誤的累加。 交叉口改造案例見圖2,3。圖2中，鑒于電車興建前的交通組織不適于電車和社會(huì)車輛的通行要求，造成相位間隔重贅，累計(jì)的損失時(shí)間增大，東

6、、南兩進(jìn)口的車輛都需要經(jīng)過二次控制才能通過交叉口;同時(shí)由于上一周期車輛不能完全排空(電車的介入)而常常在待行區(qū)域內(nèi)造成擁堵;加之早晚高峰電車對(duì)交叉口的干擾較為頻繁，電車連續(xù)兩次通過對(duì)同一進(jìn)口道的車輛產(chǎn)生了持續(xù)影響,排隊(duì)在短時(shí)期內(nèi)難以消散，系統(tǒng)的穩(wěn)定性差. 基于上述原因，為配合交叉口實(shí)時(shí)控制方案提出整治措施:將東、南方向的車流用環(huán)形交叉口融匯成為一束交通流，合并交通流的來源;待行車輛排隊(duì)區(qū)域可適度延長至環(huán)行交叉口內(nèi);環(huán)交的車輛自組織減小了主交叉口出口道車輛對(duì)兩向車流的影響(見圖3)。通過交叉口形式及渠化設(shè)計(jì)的改善，為信號(hào)控制提供必要的物理基礎(chǔ)。2. 1.2損失時(shí)間的計(jì)算 電車通過交叉口時(shí)，社會(huì)車

7、輛的損失時(shí)間對(duì)于控制方案的制定有關(guān)鍵的約束作用，是方案準(zhǔn)備中的一個(gè)重要參數(shù)。交叉口處的信號(hào)轉(zhuǎn)換是依靠設(shè)置在電車線路上的四個(gè)檢測器來進(jìn)行的(見圖4):前3個(gè)檢測器埋設(shè)在臨近交叉口100 m的電車線路范圍中，當(dāng)其探測到電車的到來時(shí)將轉(zhuǎn)換信號(hào)給予其優(yōu)先權(quán);檢測器1,2可探測出電車的行進(jìn)速度，當(dāng)電車通過檢測器2的時(shí)刻信號(hào)隨之而變;檢測器3將確認(rèn)電車己經(jīng)進(jìn)入交叉口;而檢測器4是確認(rèn)電車業(yè)己安全離開交叉口。電車通過交叉口時(shí)，造成的社會(huì)車輛損失時(shí)間z的數(shù)學(xué)表達(dá)如下:(2) 式中:s。為檢測器2埋設(shè)地點(diǎn)與交叉口沖突點(diǎn)的距離;s為電車線路與交叉口平交范圍內(nèi)的長度;z，22分別為系統(tǒng)前、后響應(yīng)時(shí)間;r為電車長度;

8、s.為電車通過后的安全距離;s為車輛從停車線起到穿越電車線路線為比的距離;s,:為檢測器i,2間的距離;r r:分別為到達(dá)檢測器時(shí)i,2的時(shí)刻;二和ZJ k分別為電車和社會(huì)車輛的平均速度。式2確保在綠燈末期通過的車輛不與有軌電車發(fā)生沖突;兩式綜合，表明在交叉口平而設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量縮小電車與社會(huì)車輛沖突區(qū)域的范圍，以減少損失時(shí)間。2. 2控制方案的制定 協(xié)調(diào)控制依靠方案來具體體現(xiàn)，因此控制方案的科學(xué)與否直接關(guān)系協(xié)調(diào)的結(jié)果。上述方案準(zhǔn)備己為此提供了有力的物理保證，同時(shí)控制方案的制定也是前期準(zhǔn)備工作的邏輯延伸。兩個(gè)階段的研究進(jìn)程是相互關(guān)聯(lián)、相互反饋的互動(dòng)過程。2. 2. 1控制方案制定方法簡述由圖5可知

9、，交叉口的平而布置完成后要根據(jù)調(diào)查和預(yù)測的交通量數(shù)據(jù)對(duì)交叉口進(jìn)行初始配時(shí)。在這里應(yīng)充分考慮電車介入后交通需求發(fā)生的變化。配時(shí)方案要求基于電車優(yōu)先權(quán)的實(shí)現(xiàn)，以確保電車的運(yùn)營效率和準(zhǔn)時(shí)性。在電車通過交叉口期間，與電車無沖突的交通流給予相應(yīng)的通行權(quán)，在電車通過交叉口后對(duì)被占用通行時(shí)間的相位進(jìn)行實(shí)時(shí)的追加補(bǔ)償。最終將配時(shí)初步方案放入仿真平臺(tái)上測試其可行性，以平均延誤和排隊(duì)長度來評(píng)價(jià)方案的可行性，同時(shí)通過不斷調(diào)整周期時(shí)長和相位的綠信比來達(dá)到控制方案的優(yōu)化。交通需求超出了交叉口的通行能力時(shí)，應(yīng)考慮上溯到對(duì)路網(wǎng)的整體協(xié)調(diào)。在實(shí)際的工程中，應(yīng)制定出若干套方案，通過服務(wù)水平和系統(tǒng)的穩(wěn)定性來作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇出其

10、中最優(yōu)方案并加以實(shí)施。2.2.2控制方案生成方法 1)按照各流向的交通量和渠化形式進(jìn)行基礎(chǔ)配時(shí)式中:C。為最佳周期時(shí)長;T為信號(hào)總損失時(shí)間;Y為流量比總和。其中:m為一個(gè)周期內(nèi)的相位數(shù);y為第j相的流量比;qd為設(shè)計(jì)交通量，Sd為設(shè)計(jì)飽和流量。有效綠燈時(shí)間 各相位的有效綠燈時(shí)間 2)加入實(shí)時(shí)補(bǔ)償原則 實(shí)時(shí)補(bǔ)償是方案制定的核心技術(shù)部分，與一般信號(hào)燈配時(shí)不同的是實(shí)現(xiàn)與電車協(xié)調(diào)相位的同步放行和被占用相位的實(shí)時(shí)追加補(bǔ)償。補(bǔ)償相位的轉(zhuǎn)換是依靠兩個(gè)關(guān)鍵判斷完成的:即是否為第二次返回本相位以及相位被切斷時(shí)綠燈時(shí)間是否過半。此控制思想避免了電車發(fā)車頻率較大時(shí)期對(duì)某一個(gè)相位的車流反復(fù)占用通行時(shí)間的邏輯錯(cuò)誤。由于協(xié)調(diào)相位在電車通過交叉口的同時(shí)享有通行權(quán)，因而電車通過交叉口后則會(huì)在一個(gè)周期內(nèi)省略協(xié)調(diào)相位。模型化控制相位示例見圖6。其中，相位1和相位2為與電車沖突相位，相位3為協(xié)調(diào)相位。關(guān)鍵判斷:C;1(是否有電車通過需求)、C; 2(本相位是否結(jié)束),C;3(電車是否己離開沖突區(qū)域)、C; 4(是否連續(xù)第二次返回本相位),C;5(本相位被切斷時(shí)通行時(shí)間是否過半)。 將交叉口運(yùn)行情況放入交通仿真軟