平面交叉口轻轨优先信号控制策略研究

摘要：本文介绍了地面轻轨系统的特点，对平面交叉口几种典型的轻轨优先信号控制策略进行了分析和比较，并对轻轨优先信号策略实施过程中的相关问题进行了探讨。

关键词：轻轨；交叉口；信号优先

1前言
城市轨道交通系统以其大运量、高速度、无污染等特点，已成为各大城市改善城市交通状况的重要选择方式之一。按照技术标准和线路敷设方式的不同，常见的城市轨道交通系统可以分为地铁、高架轻轨与地面轻轨（新型有轨电车）等几种形式。与地铁和高架轻轨相比，地面轻轨系统具有以下特点：
（1）建设成本低。每公里造价在1-1.5亿元，约为高架轻轨的1/2，地铁的1/6，同时建设周期也短；
（2）布置方式灵活。根据具体条件，线路可布置在城市道路中间带、道路一侧或两侧，也可以利用旧式有轨电车线路进行改造，或与市区铁路共轨运行；
（3）方便乘客。乘客可以在地面车站直接上下车，而不用先换至地下或高架车站，新型低地板轻轨车辆的应用更是方便了老年人、残疾人等特殊乘客乘车。此外，一旦线路区间或车站内发生事故，乘客的疏散也更容易。
由于地面轻轨具有的上述特点，使之在世界范围内得到了广泛的应用。在欧洲和北美的许多城市，地面轻轨系统在整个城市公共交通体系中发挥着重要的作用。
随着经济的发展和城市化进程的加快，我国的城市交通问题日趋严重，各大城市都认识到轨道交通系统是解决城市交通问题的重要手段之一。目前我国已有十几个城市建成或正在建设轨道交通系统。其中这绝大部分是地铁和高架轻轨，仅有香港、大连等少数城市拥有地面轻轨。地面轻轨在我国较少被采用，主要原因在于大多数人认为地面轻轨在交叉口处与其它车辆混行，运行效率和安全性较差。如果处理好地面轻轨在交叉口的优先通行问题，那么其效率和安全是有保障的，并能收到良好的运营效果。
2交叉口轻轨优先信号控制策略
2.1被动优先策略
被动优先信号控制策略是在交叉口信号固定配时的基础上，在每个信号周期内增加专用的轻轨信号相位，在该相位阶段只允许轻轨车辆通行，从而达到优先控制的目的。具体的信号周期长度和轻轨专用相位出现的时间，是根据轻轨的平均行驶速度、发车频率、站点位置等因素来确定。为达到更好的控制效果，往往还需要对交叉口进行必要的渠化和管制，以减少轻轨与其他机动车流的潜在冲突，如设置中间岛、禁止机动车左转等。
由于不用设置轻轨车辆检测器等附加设备，实现该控制策略所需的成本较低。但当不是每个信号周期都有轻轨车辆通过交叉口时，其有关的信号时间就会被浪费掉，同时造成交叉口整体延误时间的增加。因此，虽然被动优先控制策略在一定程度上可以提高轻轨的运营效率，但在一般情况下并不推荐采用。
2.2绝对优先策略
绝对优先的轻轨信号控制类似于铁路列车通过交叉口时的独占式信号控制模式。在此种模式下，当安装在交叉口上游的入口检测器检测到有轻轨车辆到达时，交通信号控制器就会中断当前的信号相位，直接给予轻轨车辆通过信号；当交叉口下游的出口检测器检测到轻轨车辆已通过交叉口后，再恢复原来的信号相位。这样当轻轨列车到达交叉口时就可以不减速地直接通过，实现轻轨运行时的“一路绿灯”。
在绝对优先信号控制策略的实施中，轻轨车辆的检测是一个重要的因素。为保证控制系统的可靠运行，要求轻轨车辆检测器必须具有较高的准确性、灵敏性，不能误检和漏检轻轨车辆。目前国外轻轨优先控制系统常采用的车辆检测方式主要有以下几种：
（1）利用路旁架设的雷达或超声波检测器检测轻轨车辆位置；
（2）利用轨道内设置的磁感应或光学装置检测轻轨车辆位置；
（3）利用车载无线电发射器和地面接受器检测轻轨车辆位置。
轻轨车辆检测器的具体安装位置可根据轻轨平均行驶速度、交叉口清理时间及安全制动距离等因素综合确定，如附图所示。

绝对优先控制策略可以确保轻轨列车在通过交叉口时不受任何延滞，但对横向车流的影响非常严重。当交叉口的横向交通量较大时，这种控制策略很容易引起交通阻塞。因此，通常在交通流量较低的交叉口或与市区铁路共轨运行的轻轨线路上，才采用这种控制策略。
2.3完全优先策略
与绝对优先类似，在完全优先控制策略中，也需要在交叉口设置车辆检测器，通过检测轻轨车辆的位置确定是否给予其优先信号。但与绝对优先不同的是，该策略并不是无条件地中断当前信号相位，而是通过调整一个信号周期内不同相位出现的时间来达到使轻轨优先通行的目的。通常，在此种控制策略中有两种基本的信号调整方式：
（1）早断。当检测器检测到有轻轨接近交叉口时，若当前相位轻轨方向的信号为红灯，则通过调整信号机时相，为轻轨车辆提前提供绿灯；
（2）迟启。对已经进入绿灯区的轻轨车辆延长绿灯时间，使其能够顺利通过交叉口。
通过早断和迟启等手段调整信号相位，可以为绝大部分的轻轨车辆提供优先通行条件，同时对横向车流的影响较绝对优先控制策略减少。因此，这种控制策略在国外轻轨及公共汽车的优先信号控制系统中被广泛采用。
2.4部分优先策略
在完全优先策略中，对每一列轻轨都试图提供优先通行条件。当轻轨班次较密时，可能会造成信号相位的频繁调整，对同向车流和横向车流造成干扰。因此，一些城市的交通控制系统采取有选择地为轻轨车辆提供优先信号的策略，即部分优先策略。依据具体情况的不同，选择的标准可以是下列中的一种或几种：
（1）对提前或准时的轻轨不提供优先信号，仅对偏离时刻表的晚点列车提供优先信号；
（2）在高峰期为轻轨列车提供优先信号，平时不提供优先信号；
（3）只对载客量超过一定数量的轻轨提供优先信号，例如乘客超过200人的轻轨列车；
（4）权衡轻轨列车延误与机动车延误，确定是否为轻轨提供优先信号。
与完全优先策略相比，部分优先策略的适用范围更广。但实现该策略需要信号控制系统提供额外的附加信息，以确定何种车辆在交叉口能得到优先通行权，因而系统的整体成本会有所增加。
3不同控制策略间的比较
附表从轻轨列车延误、横向车流延误、系统建设成本三个方面对前述四种轻轨优先信号控制策略进行了比较：

从附表可以看出，四种策略在不同指标上各有优劣，很难选出一个“最佳”的控制策略。在实际应用中，应根据轻轨沿线交叉口交通流量、交通管理水平、系统投资限制等具体条件选择合适的优先控制策略。必要时，可采用支持轻轨优先的交通仿真软件，对各种轻轨信号优先控制策略的实施效果进行分析与评估，确定采用何种方式。
4结束语
地面轻轨系统具有运量大、造价低、灵活方便等优点，可作为中等城市公共运输体系的骨干，或大城市轨道交通网络的补充。妥善处理好地面轻轨在交叉口处的优先通行问题，能使其获得较高的运营效率和社会经济效益。

参考文献：
【1】何宗华.城市轻轨交通工程设计指南.北京：中国建筑工业出版社，1996：225-254
【2】郑祖武.中国城市交通.北京：人民交通出版社，1994：113-116
【3】许红，马建军，吴芳.发展轻轨运输是改善城市公共交通现状的重要途径#铁道运输与经济，1999（1）：19-21
【4】王文斌，于大海，张吉辉.轻型轨道优先交通信号控制系统.电子产品世界，2001（3）：31-35
【5】ronald jb,et al an overview of transit signal priority. its america, 2002 7:2-9.