虞笑晨

(德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué))

德國現(xiàn)代有軌電車平交口交通信號相位分布

虞笑晨

(德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué))

有軌電車在通過交叉口時，由于其鋪設(shè)在道路中間的特殊軌道位置導(dǎo)致無論是直行還是轉(zhuǎn)彎有軌電車都和普通道路交通存在較多沖突點(diǎn)。合理地運(yùn)用相位分布可以減少有軌電車和其他道路交通之間的交通沖突。但是由于有軌電車出現(xiàn)頻率的有限性，“過度設(shè)計(jì)”會導(dǎo)致交叉口通行能力大幅度地下降。

有軌電車;平面交叉口;交通信號;相位分布;優(yōu)先權(quán);相位開放

1 德國有軌電車平面交叉口相位分布控制要點(diǎn)

相位分布也是有軌電車交叉口信號燈控制中的一個重點(diǎn)，其本質(zhì)也是交叉口通行能力和交通安全上的一個協(xié)調(diào)。但是在德國有一條設(shè)計(jì)原則:交叉口的信號相位分布，應(yīng)盡可能地以利于社會車輛運(yùn)行的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)橛熊夒娷囉捎谄涿啃r固定的班次和運(yùn)營間隔在每個小時內(nèi)出現(xiàn)的量是很有限的，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)作為“特殊交通參與者”來考慮，否則，會造成其他交通參與者服務(wù)水平的大幅度下降。

1.1 相位分布——轉(zhuǎn)彎的有軌電車

由于有軌電車軌道是成對地鋪設(shè)在道路中央，所以轉(zhuǎn)彎有軌電車，尤其是右轉(zhuǎn)的有軌電車在相位分布時需要特殊考慮，因?yàn)樗倪@種轉(zhuǎn)彎方式太不符合平時道路交通的行駛方式。在德國交通信號控制規(guī)范[1].[2]里提到兩種方案，即轉(zhuǎn)彎有軌電車是否采用專用相位，兩種方案的實(shí)質(zhì)是安全性和通行能力的一個競爭。當(dāng)其采用專用相位時(圖1(a))，必然會有大量的相位轉(zhuǎn)換損失時間，并且在專用相位內(nèi)，其他社會車流對于相位的利用率也較低。但此時有軌電車行駛時可以用“通行”信號燈(F2/F3信號燈)，即有軌電車可以暢行無阻。相反，如果使用允許信號(F5)時(圖1 (b))，有軌電車駕駛員和普通道路交通司機(jī)一樣，要在交叉口等候并讓行直行車輛，因?yàn)榇藭r有軌電車是道路交通的一部分，必須遵守道路交通法規(guī)，只有當(dāng)出現(xiàn)足夠的車頭時距后，其才會選擇通過，這種相位分布將配以“優(yōu)先通行”信號，以提示有軌電車駕駛員讓行直行車輛。這種方法的好處是，可以充分利用普通車輛相位中的綠燈時間完成有軌電車的運(yùn)行，省去了不必要的相位轉(zhuǎn)換時間。

但很可惜，對此在規(guī)范中和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)中都沒有比較明確的數(shù)據(jù)去衡量:多少直行車或多少頻率的有軌電車下就必須將其相位分開。所以在德國工程師利用交通仿真軟件和實(shí)際工程的不斷跟蹤調(diào)查確定能否將轉(zhuǎn)彎有軌電車和直行車在一個相位放行。但交通工程設(shè)計(jì)師表示，如果轉(zhuǎn)彎有軌電車和直行車一起放行的話，還有一個沖突點(diǎn)就是有軌電車和行人的沖突，而且這個因素不可忽略。

圖1 轉(zhuǎn)彎有軌電車使用獨(dú)立相位(a)和不使用獨(dú)立相位(b)信號配時范例示意圖

1.2 相位分布——直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車輛

有軌電車的軌道經(jīng)常鋪設(shè)在道路當(dāng)中，因此直行有軌電車與其右側(cè)的左轉(zhuǎn)車輛之間存在很大安全隱患。但對于這個問題的處理，并未在德國信號控制規(guī)范中涉及，在實(shí)際工程中根據(jù)實(shí)地交通情況的不同有很大的靈活性。筆者通過訪問德國有軌電車運(yùn)營公司、道路交通工程設(shè)計(jì)單位，以及高校教授，對常見的幾種處理方法做了個整理和總結(jié)。

1.2.1 方法-:使用交叉口優(yōu)先權(quán)①

方法一是不使用信號控制將直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流分開，即把兩者放在同一個相位內(nèi)，即采用最常用的兩相位方式進(jìn)行相位分布，而其安全通過德國StVO中的道路交通規(guī)定來實(shí)現(xiàn)。在德國的StVO中明確規(guī)定:左轉(zhuǎn)車輛必須讓對方直行車輛以及行駛于其左邊的公共交通(有軌電車)順暢地通過。也就是說車輛一般到交叉口先減速停車，等確保安全后再通，見圖2所示。

圖2 直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流相位分配方案-示意圖

這種方法使得有軌電車和左轉(zhuǎn)車輛之間不受信號控制，主要依靠駕駛行為來約束。比如假設(shè)駕駛行為完全符合規(guī)范的情況下，其目的是通過適當(dāng)?shù)?、小幅度地降低安全性，從而減少相位切換所帶來的時間損耗，對左轉(zhuǎn)車流的服務(wù)水平有較大幅度的提高。尤其在德國，有軌電車清空所要的綠燈間隔時間相當(dāng)長。但是在實(shí)際中這種提高通行能力的想法，往往未能得到很好的實(shí)現(xiàn)(詳見下文)。

1.2.2 方法二:對有軌電車開放特殊相位

這種方法是感應(yīng)信號控制的靈活應(yīng)用，也是在城市投入有軌電車以后的一種特殊信控方案。在沒有有軌電車到達(dá)的情況下，交叉口按照兩相位控制，而有軌電車的信號處于紅燈狀態(tài)。當(dāng)感應(yīng)到有軌電車來時，開放有軌電車綠燈，并關(guān)閉左轉(zhuǎn)車輛的綠燈，而和有軌電車同向的直行車則繼續(xù)暢行。其好處是僅在有軌電車來時左轉(zhuǎn)車流才會受影響，困難的是要準(zhǔn)確及時地感應(yīng)有軌電車的到達(dá)，并及時開啟其特殊相位，見圖3所示。

圖 3 直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流相位分配方案二示意圖

和方法一相比，其區(qū)別在于有軌電車到達(dá)的那一刻左轉(zhuǎn)車流會被限制通行，換而言之，方法一也就在“有軌電車到達(dá)時左轉(zhuǎn)車能繼續(xù)通行”這一點(diǎn)上對通行能力有所幫助。但通過交通仿真分析，會發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，當(dāng)在使用方法一分配相位時，每輛左轉(zhuǎn)車到達(dá)交叉口其等候時間(大約2 s)加之其加減速所需要的時間差不多達(dá)5 s，如果當(dāng)左轉(zhuǎn)車輛數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后，其等候的時間會隨之累加，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過相位轉(zhuǎn)換需要的時間。筆者就這個現(xiàn)象進(jìn)一步利用交通仿真軟件Vissim做過定量分析，當(dāng)每小時兩個方向的左轉(zhuǎn)車不足10 veh/h，方法一的小時平均延誤只比方法二少了3 s左右，隨著左轉(zhuǎn)車的增加方法一的優(yōu)勢會越來越小。Prof. Follmann明確指出，只有當(dāng)有軌電車及左轉(zhuǎn)車輛都足夠少時，方法一才是有可能的，否則方法一無論從安全性和通行能力上來看都是不利的。

(注①方法一和方法二的使用前提是，在不考慮有軌電車時，左轉(zhuǎn)車流和直行車流確實(shí)可以在同一相位旅行。)

1.2.3 方法三:直行車(車輛+有軌電車)和左轉(zhuǎn)車輛分置相位

這種方法是最簡單的方法，在中國目前也很常用。當(dāng)不考慮有軌電車時，左轉(zhuǎn)車和直行車因?yàn)槌鲇诎踩紤]必須給予兩個獨(dú)立的相位，很自然，直行的有軌電車和直行車輛放在同一相位方行。而且這種方法在定時控制下也可以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然這種情況下勢必有大量時間花在相位轉(zhuǎn)換之間，見圖4所示。

圖4 直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流相位分配方案三示意圖

1.2.4 方法四:左轉(zhuǎn)車在特殊相位開放

這種方法來源于德國較為典型和成熟的感應(yīng)控制方法，即有交通需求才開放其相位。當(dāng)左轉(zhuǎn)車輛確實(shí)車流量不大時，該種方法既能從安全性角度出發(fā)達(dá)到方法三的高度，也能在整個交叉通行能力上也介于方法一/二和三之間。對此筆者用仿真軟件做過進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)這種方法的缺陷主要是在于左轉(zhuǎn)車流的通行能力。從仿真模型中發(fā)現(xiàn)，在該方法下左轉(zhuǎn)車延誤最嚴(yán)重，甚至差于方法三，原因也比較好理解，方法三情況下，在相位轉(zhuǎn)換時到達(dá)的左轉(zhuǎn)車可以馬上在下一相位通行，而在方法四，此時到達(dá)的左轉(zhuǎn)車在該周期內(nèi)其相位已被錯過，必須要等下一個周期才能被開放，也就是說可能通過相位置換實(shí)現(xiàn)“左轉(zhuǎn)車的優(yōu)先”后，方法四才能滿足左轉(zhuǎn)車的需求，見圖5所示。

圖5 直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流相位分配方案四示意圖

可見，處理直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車輛時其相位分布極其靈活，根據(jù)安全性和不同交通參與者的通行能力各有利弊，所以關(guān)鍵是要對交叉口的交通情況做出一個基本了解和預(yù)判，以便選取最合適的方法。

2 德國控制方法對中國適用性的探討

首先對德國信號控制規(guī)范中提及的轉(zhuǎn)彎有軌電車的相位分布進(jìn)行探討。從德國實(shí)際工程角度來看，現(xiàn)在很少采用允許信號燈F5的相位分布方式，因?yàn)殡S著交叉口的交通量增大，這種方法存在一定的交通隱患。而且，從中國的運(yùn)營情況來看，還沒明確有軌電車究竟是道路交通還是軌道交通。從官方來說，有軌電車屬于軌道交通，在交叉口有優(yōu)先權(quán);但從道路交通規(guī)定來說，直行車讓轉(zhuǎn)彎車輛是有違道路交通法的內(nèi)容的。所以從客觀交叉口交通情況和法律背景層面來說這種方法在中國不適應(yīng)。

那么對于轉(zhuǎn)彎的有軌電車使用獨(dú)立的專用相位時，是采用常規(guī)相位，還是采用特殊相位呢?尤其是對于右轉(zhuǎn)的有軌電車，因?yàn)樵诘缆方煌ㄖ幸话闱闆r下是沒有這個方向的獨(dú)立的信號燈組及相位的。在上海對于轉(zhuǎn)彎的有軌電車采用的是常規(guī)相位，其優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，即使在定時控制也能完成;但缺點(diǎn)是這個相位的利用率一般較低，尤其在中國當(dāng)下有軌電車班次比較稀疏的情況下，往往這個相位沒有有軌電車出現(xiàn)的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于出現(xiàn)有軌電車的概率，更不用說同時出現(xiàn)兩個方向有軌電車的幾率了，并且對于有軌電車的信號優(yōu)先是有限制的，因?yàn)樗鳛槌Ｒ?guī)相位總是按照固定的相位順序出現(xiàn)在周期內(nèi)，對于有軌電車信號優(yōu)先有利的“相位置換”往往不被考慮。反之，特殊相位，如沈陽渾南地區(qū)的信號控制方法，其好處是只有當(dāng)有軌電車出現(xiàn)時才會開啟該相位，理論上對社會交通影響較小，省去不被使用的相位時間和相位轉(zhuǎn)換時間，同時該方法容易和相位置換結(jié)合在一起，使得有軌電車的信號優(yōu)先進(jìn)一步改善;缺點(diǎn)是必須是感應(yīng)控制而且有軌電車信號請求必須成功，否則無法開啟特殊相位。同時對信號控制的設(shè)計(jì)者和管理者要求較高，怎樣在周期中插入特殊相位是個必須思考的問題。

但從沈陽的情況來看，特殊相位的使用并不是很成功，尤其是在主-主相交的“大”交叉口，以富民街-渾南大道這個交叉口來說，本來就趨于飽和的交叉口在有軌電車特殊相位的影響下雪上加霜。因此德國達(dá)姆施塔特Rheinstraβe- Neckarstraβe-Kasinostraβe這個交叉口提供了很好的范例，其插入特殊相位一般有兩個原則:一者，原則上保持社會交通各個車流的相位在周期內(nèi)只出現(xiàn)一次，否則的話，勢必造成交叉口車流的不平衡，即一個方向車流延誤特別大，而被二次開放的交叉口車流早就被放行完;二者，為了提高有軌電車信號優(yōu)先的靈活性，保證每個非有軌電車相位結(jié)束時都可以直接開啟有軌電車相位。要同時滿足這兩個要求的一個表征則是:兩個方向轉(zhuǎn)彎的有軌電車盡可能靈活地和不同方向的車流進(jìn)行組合。從這個意義上講，上述的第二個要求其實(shí)質(zhì)也是一種“相位置換”，但和普通相位置換不同的是，在有軌電車的特殊相位中，與其組合的社會車輛是不同的。

如果這個條件不能滿足的話，還是建議使用如同上海張江類似的常規(guī)相位模式，盡管常規(guī)相位會有一定的相位損失并造成社會車輛的延誤，但只要在信控設(shè)計(jì)過程中確實(shí)是從交通工程學(xué)和實(shí)際交通情況出發(fā)的話，對社會車輛影響會減到最小，因?yàn)槠湎辔辉谥芷趦?nèi)只開放一次。

對于直行有軌電車和左轉(zhuǎn)車流的相位分布的問題，當(dāng)直行和左轉(zhuǎn)車流可以同時放行時，方案二比較優(yōu)越;如果同時放行有安全隱患的話，方案四對左轉(zhuǎn)車輛比較少時相當(dāng)實(shí)用。尤其是方案二的使用，是感應(yīng)信號控制方法對有軌電車的一個針對性使用，可以說對中國當(dāng)代很有借鑒意義，比如對沈陽渾南有軌電車2號線在沈本大道到機(jī)場附近的很多交叉口來說。但不難發(fā)現(xiàn)，無論方案二還是方案四都必須依靠感應(yīng)控制，所以這就要求人們即使沒有考慮有軌電車信號優(yōu)先，也要先做好靈活應(yīng)用感應(yīng)控制。

由此可以得出另一個推論，在當(dāng)今德國有軌電車信號控制的相位設(shè)計(jì)時，無論對左轉(zhuǎn)還是直行有軌電車一般都采用獨(dú)立相位，并且多數(shù)以特殊相位形式開啟，其根由就是感應(yīng)信號控制下的有軌電車開啟能最大限度地減小有軌電車運(yùn)營對交叉口社會車輛通行能力的影響。所以如何運(yùn)用好感應(yīng)信號是有軌電車投入以后相位設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

3 建議和總結(jié)

從相位分布的處理方式來看，其靈活性完全根據(jù)實(shí)際交叉口交通流等特性來決定的，從中可以看出有軌電車的信號控制原理必須結(jié)合實(shí)際交叉口情況來區(qū)別對待。

同時，在相位分布處理中就已經(jīng)看出感應(yīng)信號的重要性，它是信號控制靈活性的前提，也是將來有軌電車交叉口信號優(yōu)先的準(zhǔn)備。但是我國感應(yīng)信號控制還不是很成熟，因此可以借用以相位分布為契機(jī)，對感應(yīng)信號控制的靈活運(yùn)用進(jìn)一步加強(qiáng)。

相位控制和綠燈間隔時間一樣控制著有軌電車通過交叉口時的安全和對整體交叉口通行能力的影響。如何正確處理相位控制，使得有軌電車對其他交通參與者的影響在較小范圍內(nèi)達(dá)到交通安全的優(yōu)化，是一個在今后有軌電車發(fā)展中值得反復(fù)探討和探索的問題。

[1] RiLSA 2010 Richtlinien für Lichtsignalanlagen Licht Forschungsgesellschaft für Straβen- und Verkehrswesen (Hrsg) K o¨ln [S].

[2](德)道路與交通工程學(xué)會 編.李克平譯.德國交通信號控制指南——德國現(xiàn)行規(guī)范(RiLSA)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

U491.5+1

E

1009-7716(2015)11-0040-03

2015-06-08

虞笑晨(1987-)，男，上海人，在讀研究生，從事交通工程與機(jī)場規(guī)劃研究工作。