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)新實踐課程報告現(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)的復興證明其存在的合理性。我國個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?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);當其通過與社會車輛沖突的交叉口時，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)，信號的切換時刻設(shè)置在社會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段內(nèi)機動車處于讓行狀態(tài)(除協(xié)調(diào)相位外)。此方法保證了信號的連續(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動車無謂延誤的增加，飽和度較高的流向容易產(chǎn)生多次排隊現(xiàn)象，甚至發(fā)生擁堵。本文論述了以實時補償原則來制定控制方案，科學處理有軌電車與社會車輛之間的通行矛盾，從而達到良好協(xié)調(diào)的目的，最大限度地利用了時間資源，減小了社會車輛的平均延誤。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層次

3、對交通做好相應(yīng)的整體調(diào)整和細部設(shè)計。 鑒于電車系統(tǒng)的控制、功能和效率要求，須在保證其良好運營的前提下對兩者在宏觀上和微觀上進行要素整合。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，對城市道路系統(tǒng)整體和局部的諸種參數(shù)進行調(diào)整，實現(xiàn)通行能力的最大化。電車和社會車輛同為城市交通的有機組成部分，盡管在通行權(quán)上形成一對矛盾，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)計完成后一部分結(jié)點出現(xiàn)了或者依然存在著通行困難，這就要求針對有軌電車的介入改變交叉口的控制形式。為確保電車的運營效率并維持結(jié)點一定的服務(wù)水平，依靠對交叉口幾何設(shè)計的重整以及相位、相序的優(yōu)化設(shè)計，使得道路的通行能力得以改進。優(yōu)化的控制指標是各進口道的延誤和排隊長度。2. 1控制方案準備方案準備主要包括簡化交叉口幾何設(shè)計以及損失時間的計算，目的為清晰地了解交叉口的運行狀況，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和形式，對交叉口的幾何參數(shù)進行調(diào)整，以適應(yīng)電車優(yōu)先通過的特性。在對道路

5、形式進行調(diào)整時，使沖突車道與電車路線保持較大角度相交，使得電車通過對交叉口造成的損失時間減少，同時有利于行車安全(滿足良好的視覺條件以及穿越時的便利)。將通過交叉口的社會車流按照與電車沖突與否分為沖突流和協(xié)調(diào)流兩組，并試將沖突流進行匯總，同時形成與電車協(xié)調(diào)的車道組。對于協(xié)調(diào)流，在電車通過的同時給予通行權(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。而對于沖突流，則實施損失時間實時補償，在電車通過后的第一時間內(nèi)予以放行，避免排隊和延誤的累加。 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車輛的通行要求，造成相位間隔重贅，累計的損失時間增大，東

6、、南兩進口的車輛都需要經(jīng)過二次控制才能通過交叉口;同時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交叉口的干擾較為頻繁，電車連續(xù)兩次通過對同一進口道的車輛產(chǎn)生了持續(xù)影響,排隊在短時期內(nèi)難以消散，系統(tǒng)的穩(wěn)定性差. 基于上述原因，為配合交叉口實時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兩向車流的影響(見圖3)。通過交叉口形式及渠化設(shè)計的改善，為信號控制提供必要的物理基礎(chǔ)。2. 1.2損失時間的計算 電車通過交叉口時，社會車

7、輛的損失時間對于控制方案的制定有關(guān)鍵的約束作用，是方案準備中的一個重要參數(shù)。交叉口處的信號轉(zhuǎn)換是依靠設(shè)置在電車線路上的四個檢測器來進行的(見圖4):前3個檢測器埋設(shè)在臨近交叉口100 m的電車線路范圍中，當其探測到電車的到來時將轉(zhuǎn)換信號給予其優(yōu)先權(quán);檢測器1,2可探測出電車的行進速度，當電車通過檢測器2的時刻信號隨之而變;檢測器3將確認電車己經(jīng)進入交叉口;而檢測器4是確認電車業(yè)己安全離開交叉口。電車通過交叉口時，造成的社會車輛損失時間z的數(shù)學表達如下:(2) 式中:s。為檢測器2埋設(shè)地點與交叉口沖突點的距離;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:分別為到達檢測器時i,2的時刻;二和ZJ k分別為電車和社會車輛的平均速度。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)計中應(yīng)盡量縮小電車與社會車輛沖突區(qū)域的范圍，以減少損失時間。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與否直接關(guān)系協(xié)調(diào)的結(jié)果。上述方案準備己為此提供了有力的物理保證，同時控制方案的制定也是前期準備工作的邏輯延伸。兩個階段的研究進程是相互關(guān)聯(lián)、相互反饋的互動過程。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)對交叉口進行初始配時。在這里應(yīng)充分考慮電車介入后交通需求發(fā)生的變化。配時方案要求基于電車優(yōu)先權(quán)的實現(xiàn)，以確保電車的運營效率和準時性。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被占用通行時間的相位進行實時的追加補償。最終將配時初步方案放入仿真平臺上測試其可行性，以平均延誤和排隊長度來評價方案的可行性，同時通過不斷調(diào)整周期時長和相位的綠信比來達到控制方案的優(yōu)化。交通需求超出了交叉口的通行能力時，應(yīng)考慮上溯到對路網(wǎng)的整體協(xié)調(diào)。在實際的工程中，應(yīng)制定出若干套方案，通過服務(wù)水平和系統(tǒng)的穩(wěn)定性來作為評價指標，選擇出其

10、中最優(yōu)方案并加以實施。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行基礎(chǔ)配時式中:C。為最佳周期時長;T為信號總損失時間;Y為流量比總和。其中:m為一個周期內(nèi)的相位數(shù);y為第j相的流量比;qd為設(shè)計交通量，Sd為設(shè)計飽和流量。有效綠燈時間 各相位的有效綠燈時間 2)加入實時補償原則 實時補償是方案制定的核心技術(shù)部分，與一般信號燈配時不同的是實現(xiàn)與電車協(xié)調(diào)相位的同步放行和被占用相位的實時追加補償。補償相位的轉(zhuǎn)換是依靠兩個關(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綠燈時間是否過半。此控制思想避免了電車發(fā)車頻率較大時期對某一個相位的車流反復占用通行時間的邏輯錯誤。由于協(xié)調(diào)相位在電車通過交叉口的同時享有通行權(quán)，因而電車通過交叉口后則會在一個周期內(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(本相位被切斷時通行時間是否過半)。 將交叉口運行情況放入交通仿真軟