譚俊樺 肖習(xí)雨 張恒 張楠

摘 要： 全球首列智軌列車湖南開跑，智能軌道快運系統(tǒng)屬于建設(shè)成本低、周期短、節(jié)能高效的新型中運量交通系統(tǒng)。文章根據(jù)株洲ART試驗線基本情況，提出了位于主干道路口的信號配時方案。闡述了智軌列車試驗線運行圖編制的特殊性，詳細分析了相關(guān)要素，并重點探討了路口對智軌列車運行圖編制的影響，可為智軌列車運行圖編制提供理論參考。為今后ART信號控制的相關(guān)研究提供參考，為智軌列車試運行和后期項目提供保障。

關(guān)鍵詞： 智軌列車； 路口； 信號配時方案

中圖分類號：U284.1，TP319 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）06-23-04

Research on the signal timing method of ART intersection

Tan Junhua， Xiao Xiyu， Zhang Heng， Zhang Nan

（Zhuzhou Crrc Times Electric.， Ltd.， Zhuzhou， Hunan 412000， China）

Abstract： The world's first Autonomous rail Rapid Transit （ART） started its operation in Hunan Province. The ART belongs to a new type of medium-sized traffic system with low construction cost， short cycle and energy-saving. According to the basic situation of Zhuzhou ART test line， this paper proposes a signal timing scheme at the main road. This paper elaborates the particularity of the compilation of the operation diagram of the ART， analyzes the related elements in detail， and focuses on the influence of the intersection in drawing of the ART operation diagram. It can provide a theoretical reference for the preparation of the ART diagram. This paper provides reference for the related research of ART signal control in the future， and provides the guarantee for the test run and the later project of the ART.

Key words： Autonomous rail Rapid Transit； intersection； signal timing scheme

0 引言

由中車株洲電力機車研究所有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的智能軌道快運系統(tǒng)（以下簡稱“ART”），示范線一期工程在湖南株洲啟動線路匹配測試和試乘。目前ART試驗線全長約3公里，為城市主干道，采用混合路權(quán)的方式，設(shè)有4站，分別是神農(nóng)大劇院站、珠江北路站、黃河北路站、體育中心站。線路分別與珠江北路、黃河北路和株洲大道交匯。ART雙向軌道和站臺建設(shè)在原有道路中央[1]。

智能軌道快運列車（以下簡稱“智軌列車”）是ART的運載工具，與現(xiàn)代有軌電車相比，該車采用膠輪承載，取代了傳統(tǒng)的鋼輪鋼軌，因此不需要鋪設(shè)專有的物理軌道，通過自主研發(fā)全球獨有的軌跡跟隨控制技術(shù)，控制智軌列車在虛擬軌道上智能導(dǎo)向，同時依靠特定的信號控制技術(shù)對智軌列車在虛擬軌道的行進進行約束，提高安全性。智軌列車采用軌跡跟隨、低地板和高效電傳動技術(shù)，集合了有軌電車無污染，速度快、大運量的特點，又吸收了傳統(tǒng)公交客車的運營靈活，建設(shè)投入小等優(yōu)勢；具有綜合運力強、建設(shè)周期短等優(yōu)越性。

1 智軌列車基本情況介紹

智軌列車具有傳統(tǒng)公交客車和有軌電車兩種交通方式的特點，路口交通信號的相位、周期與延誤、路口信號配時等設(shè)計指標(biāo)都直接影響其運營質(zhì)量。株洲ART試驗線工程是我國首個運營智軌列車的工程，需要在多種交通方式參與的交叉路口進行科學(xué)的信號配時，這是一項具有開創(chuàng)性的研究。

項目中采用的智軌運列車為三節(jié)編組，長約32米，低地板結(jié)構(gòu)設(shè)計，雙向行駛，最大載客數(shù)為三百余人，最高運行速度為70公里/時，選用動力電池供電，滿電量行駛距離超過40公里。

運行圖是保證和衡量智軌列車運輸效率的重要工具，需要考慮不同時段的發(fā)車間隔、運行周期、折返方式等因素，且其動力性能和尺寸和社會車輛顯著不同，因此要根據(jù)實際情況來設(shè)置一套符合ART特點的運行圖，而本文所研究的路口信號配時方法能對運行圖的優(yōu)化提供幫助。

2 智軌列車路口信號配時方案

配時方案研究的主要內(nèi)容包括：制定各相交等級交叉口道路交通信號配時原則及方案；根據(jù)ART行駛特性，確定配時方案的參數(shù)計算公式；選取典型交叉口，進行實例驗證。

結(jié)合一些城市混合路權(quán)有軌電車交通運行圖的編制原則，智軌列車運行圖應(yīng)滿足該時段特定的客流量的需求，保持適當(dāng)?shù)陌l(fā)車間隔，同時需要考慮經(jīng)過路口時的不確定性因素，所以編制時刻表時還需考慮相對靈活的時刻表調(diào)整算法，提高運輸效率。使用常規(guī)信號控制的手段，計算ART最小綠燈時間、確定各相位綠燈時間、相鄰路口綠波方案等過程[2]。

2.1 信號配時方案

信號配時方案主要考慮區(qū)間運行時間、停站時間、通過路口時間、路口等待時間等。

區(qū)間運行時分是指智軌列車在兩相鄰車站之間運行的時間標(biāo)準(zhǔn)。智軌列車中間站停站時間只取決于客流量、車門寬度、開關(guān)門時間和行車組織方式[3，4]。首末站的停站時間通常較大，由行車組織方式和折返方式?jīng)Q定[5]。

路口通過時間包括智軌列車在道路等待獲得授權(quán)信號，獲得放行信號后駛過路口，直至智軌列車尾部完全通過路口的時間。與試驗線線路交叉的三個路口均為城市主干道，因此道路交通信號控制系統(tǒng)采用保持原信號放行相位不變和綠波優(yōu)化的方式進行建模求解，獲得最優(yōu)通信時間的同時減少對主干道上車輛通行的影響[6-7]。

2.2 最小綠燈時間

為確保在路口智軌列車順利通過，需要計算智軌列車通過的最小綠燈時間，在制定方案時，要確保相位綠燈時間比智軌列車通過最小綠燈時間大，試驗線線路如圖1所示。

以上下行站臺起點為參考，試驗線各關(guān)鍵點位置坐標(biāo)如表1。

根據(jù)表1的線路設(shè)計，各路口靠近站臺距離分別為SX23（即SX2與SX3之間的距離，雙下標(biāo)都表示為兩單下標(biāo)坐標(biāo)點之間的距離）、XX12、XX45，其距離均為16米。設(shè)計當(dāng)智軌列車放行時，優(yōu)化智軌列車的發(fā)車運行起點，把站臺擴展延長至路口，SX2延長至SX3，即當(dāng)智軌列車在站臺停車，當(dāng)信號燈放行時，智軌列車才由站臺駛出，而不是行駛至路口等待放行。其他兩個靠近路口的站臺均采用同樣的處理方法。

根據(jù)路口線路坐標(biāo)，定義線路長度為S線；上行路口SX34、SX56、SX89間的距離均為42米，下行路口XX23、XX56、XX78的距離均為42米，智軌列車長度st為32米，因此智軌列車通過路口行駛長度米，假定智軌列車通過路口平均速度為米/秒（約30km/h），得到智軌列車通過路口所需時間。

因為線路所在三個交叉口均為主干道，信號燈配時為典型對稱流向放行相位設(shè)計形式。

2.3 ART運行周期

接著計算智軌列車的單趟運行周期。線路中兩站的默認(rèn)停站時間為t1、t2秒；首尾始發(fā)站停站時間（包含折返時間）為t3秒；線路設(shè)計智軌列車運行速度為V旅；則得到單向運行時間為線路長度S線路除以設(shè)計速度V旅，即：t旅=S線路/V旅。

智軌列車運行周期為：T線路=2*（t1+t2+t3+t旅）。

發(fā)車間隔與道路交通信號方案中信號周期的關(guān)系非常重要。如果智軌列車能夠以道路交通信號周期的整數(shù)倍為發(fā)車間隔，那么每輛智軌列車都能夠利用干線信號協(xié)調(diào)實現(xiàn)綠波通行。

假定試驗線停站時間為25秒，首尾站停站時間（包含折返時間）為120秒，線路行駛速度為36km/h，通過路口的速度為30km/h。

2.4 相位綠信比

關(guān)于道路交通信號協(xié)調(diào)的研究，一般以最小化總延誤或最大化綠波帶寬為目標(biāo)?；诰G波帶的模型在干線交通量顯著大于轉(zhuǎn)向交通量和相交道路交通量時，效果較好，它使干線直行方向的帶寬最大化來實現(xiàn)干線車流的總延誤最小和停車次數(shù)最少。ART線路一般設(shè)置在客流量大的主干道上，被動信號優(yōu)先效果與綠波帶的結(jié)果密切相關(guān)。綠波是一種被動優(yōu)先的效果，如果智軌列車能夠在綠波帶寬內(nèi)行駛，就能保證其不停車通過所有路口，特別是對有專用道的公共交通車輛，由于不受其他車輛干擾，更容易實現(xiàn)綠波通行，大大提高運行效率。因此，可以借鑒最大帶寬的方法實現(xiàn)ART干線信號協(xié)調(diào)控制。

路口南北向直行綠燈放行時間為30秒，信號周期為130秒，當(dāng)前三個道路信號放行相位綠信比（λ綠信比，C周期時長，Ge有效綠燈時長），λ=0.23。路口相位綠燈時間大于智軌列車通過路口時間，冗余綠燈時間為相位綠燈時間減去智軌列車通行路口所需時間t口，即Ge-t口，故剩余的冗余時間比為，λ'=0.16。因此當(dāng)智軌列車通過路口時，只要滿足所處時間相位倍數(shù)的小數(shù)部分在相位倍數(shù)[0-0.16]這個區(qū)間時，智軌列車無需等待，均可在相位綠燈時間內(nèi)直接通過路口。假設(shè)當(dāng)智軌列車與當(dāng)前存在半個相位差時（即相位倍數(shù)+0.5），在變成所處時間相位倍數(shù)小數(shù)部分在相位倍數(shù)[0.5-0.66]區(qū)間時，智軌列車無需等待，可直接通過路口。

2.5 配時通行的效果

根據(jù)試驗線數(shù)據(jù)，珠江北路和黃河北路間需建立綠波帶的形式，把該路口信號機相位錯開半個周期。同理，把下行方向同時考慮綠波帶，得到理想通行時間見表2。

根據(jù)試驗線數(shù)據(jù)，同時將上下行兩個方向考慮綠波帶，得到理想同行時間，如表2所示。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，通過珠江北路路口時，上下行的相位倍數(shù)分別為1.15和6.01，其小數(shù)部分在[0-0.16]區(qū)間；通過黃河北路路口時，上下行的相位倍數(shù)分別為1.61和5.55，其小數(shù)部分在[0.5-0.66]區(qū)間；通過株洲大道路口時，上下行的相位倍數(shù)分別為1.15和6.01，其小數(shù)部分在[0.5-0.66]區(qū)間，智軌均可以無等待通過路口。

由此可得出三個路口道路交通信號配時方法：株洲大道和黃河北路的信號燈相位周期保持一致，珠江北路的信號燈相位與另外兩個路口錯開，保持半個信號燈周期差。上行到達體育中心站時，停站時間延長至250秒，下行行駛至黃河北路站時，停站時間延長至33秒，下行至神農(nóng)大劇院站時，停站時間縮短至98秒。優(yōu)化后，智軌列車在上下行路口均無須停車，可直接通過，運行周期完整包含8個信號燈相位。

3 結(jié)論

本文給出了一種ART線路道路交通信號配時方法，該試驗線規(guī)模較小，路口較少，故路口的道路交通信號配時較簡單。該方法優(yōu)化可行的配時，即使路口數(shù)增多，也可以對各路口的道路交通信號進行配時。由此可以給與其運行圖的制定提供幫助，使ART運輸能力得到保障，同時保持原信號放行相位不變，減少與既有道路交通信號系統(tǒng)的沖突。該方案為城市ART信號優(yōu)先的實施提供借鑒。

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