现代有轨电车优先的交叉口信号控制优化设计以淮海东路交通路
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本文研究思路 4
2 现代有轨电车交叉口信号控制配时方案 5
2.1 被动优先控制策略 6
2.2 主动优先控制策略 6
3 现代有轨电车交叉口信号控制配时方法 7
3.1 交通路-淮海东路交叉口交通环境 7
3.2 交通路-淮海东路交叉口交通条件现状 9
3.3 现代有轨电车交叉口配时方法 10
4 交通路-淮海东路交叉口信号配时与仿真评价 15
4.1 交叉口信号控制配时优化 15
4.2 现代有轨电车优先补偿时段设计 18
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着城市规模的迅速扩张，汽车保有量快速增长，原本歷乏的城市交通资源无法承载其日渐带来的交通压力。城市的交通拥堵问题日益突显，严重的交通拥堵己经威胁到许多大城市的生活质量，只有大力发展城市公共交通才是缓解交通拥堵问题的关键。由于现代有轨电车相比于地铁、轻轨等轨道交通具有投资少，建设周期短，相对于常规公交具有运营能力高的优点，因此越来越多的城市选择现代有轨电车来缓解交通压力。
现代有轨电车具备适宜运量、工程简单、投资较低、建设周期短、绿色环保、运营灵活等特点，具有较广的适用范围，对于人口众多、市区内地铁发达的城市，现代有轨电车线路一般不进入市中心，往往在郊区与中心城区相切，将地铁线与郊区串联。对于没有地铁系统的中小城市，现代有轨电车将成为城市的骨干交通模式，线路几乎 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
全部穿过市中心[1]。
现代有轨电车作为一种路面交通方式，铺设在地面上，因此现代有轨电车存在着其特有的技术特征：①现代有轨电车车辆拥有与汽车一致的加减速制动能力和转弯能力；②釆用半独立或混合路权，与其它路面交通方式存在交叉和干扰；③人工驾驶以处理随时存在的干扰；④接受道路交通信号的控制[2]。
由于现代有轨电车上述独有的特征，原有的交叉口信号控制方案无法满足现代有轨电车的优先通行需求，因此为保证现代有轨电车的运营效率，需要通过对现代有轨电车沿线交叉口进行信号优先控制，在保证现代有轨电车优先通行的同时降低现代有轨电车对沿线交通流的影响，提高交叉口的通行能力，降低社会车辆的延误。选用合适的应用模式，对现代有轨电车的适用性进行宏观性的把握，为交通建设的决策者提供参考意见。评价现代有轨电车在某一区域的适用性，也为现代有轨电车建设工程的可行性提供理论依据。本文结合现代有轨电车的滞站调度，在为现代有轨电车提供条件优先权的基础上，设计了现代有轨电车信号优先控制方案，并建立仿真模型进行验证。
1.2 国内外的研究现状
1.2.1 国外研究现状
现代有轨电车起源于19世纪英国的马拉轨道交通，经历了新兴一衰落一复兴三个阶段。20世纪初，在欧洲的一些城市中，现代有轨电车占据了公共交通重要比例。之后随着小汽车，公共汽车的普及，现代有轨电车由于需要建设专用轨道，建设费用高于公共汽车，并且不利于城市机动车辆的发展，因此20世纪中期后，现代有轨电车开始衰落。20世纪后期，由于私人小汽车的过度发展，交通拥堵阻碍城市的发展，现代有轨电车作为一种较大容量的公共交通方式，受到许多城市的青睐，用以解决城市交通拥堵问题。21世纪，现代有轨电车以其节能、环保、投资小、载客量适中的优点，在解决城市核心区换乘、市郊接驳和景区旅游观光等方面发挥了重要作用，现代有轨电车代表着将来现代有轨电车的发展方向[3]。
在国外，考虑到现代有轨电车的运营会受到沿线交叉口的信号配时方案，如相位差、周期、绿灯时间长度的限制，影响现代有轨电车的运营质量[4]。因此，一些欧洲国家根据路口信号灯的配时方案，调整现代有轨电车的运营时刻表从而使现代有轨电车相比于公交车更具有优先信号[5]。而德国在现代有轨电车线路密集区域为现代有轨电车单独设置了一套现代有轨电车专用信号灯，与路口车辆信号灯分离[6]，将两套信号系统相互协调，实现现代有轨电车的信号优先。
为保证现代有轨电车的运营效率安全通过交叉口，英国的诺丁汉市通过在交叉口布置检测器，实现现代有轨电车在多数的信号控制交叉口中享有优先通行权。该市采用的现代有轨电车检测系统由四个检测线圈构成。沿着现代有轨电车行车方向依次为前置检测器、需求检测器、停车线检测器、取消检测器，其中前三者布置在现代有轨电车进口道，后者布置于出口道，以确认现代有轨电车能够安全通过交叉口。该系统还能够优化后续相位阶段的绿灯开启时间，减少冲突流在交叉口不必要的等待时间。
公交信号优先方面，荷兰学者研究并实施了公交车辆在交叉口的有条件信号优先方法。结果显示，社会车辆延误在公交车辆绝对优先条件下成倍增长，但在有条件优先下却变化不大[7]。也有学者将动态交通信号优化算法应用于公交信号优先，公交车辆在交叉口的到达时刻和驶离时刻都不再是常量[8]，而是与时间相关的变量，公交优先请求根据实际交通流条件赋予适当优先权值。华盛顿学者在利用车辆检测器预测公交到达交叉口时间的基础上，提出了公交优先控制算法，指出检测到的公交车辆的时刻与公交车辆实际到达交叉口的时间间隔较小，从而限制赋予信号优先的程度，尤其是在行人过街清空时间较长时这类限制更加明显，这是一种从控制策略角度降低公交车辆运行波动的实例[9]。
1.2.2 国内研究现状
随着我国经济的快速发展，机动车保有量持续增长，道路建设逐渐滞后于机动车的增长，导致城市现有的道路功能变得紊乱而低效，混合交通是我国城市交通最为显著的特点，而多种交通流在交叉口交汇容易造成拥堵。因此国内许多学者专家结合国情，从不同的方面对现代有轨电车的信号控制系统进行了深入研究。
李凯、毛励良等学者研究了不同等级的道路交叉口的交通流量的组成特性，并以此为依据，确定各相交等级交叉口的信号配时策略，建立了适应现代有轨电车运行特性的配时方案计算公式[10]。沈阳浑南新城为了协调现代有轨电车与其它道路交通流的通行矛盾，根据实时补偿的原则制定信号控制方案，该方案可以有效提高交叉口的通行能力，达到现代有轨电车和社会车辆良好协调的目的，减小社会车辆的平均延误。同济大学的学者讨论了由于现代有轨电车的过弯及行车优先权，按通常方法进行配时会严重影响交通效率的情形，并采用动态配时策略，添加一个现代有轨电车相位，既保证了现代有轨电车的优先，又最大限度地提高了其他社会车辆的通行效率[11]。通过对现代有轨电车到达交叉口停车线时间段的预测，以交叉口总体人均效益最大化为目标，可以兼顾现代有轨电车晚点情况、能源消耗与乘坐舒适性、其它社会车辆交通效益等因素，为现代有轨电车提供有条件的单点信号实时优先控制。
国内专家对公交信号实时优先主要从两方面进行了研究：一方面,对主动优先控制中遇到如针对公交车辆与社会车辆效益相矛盾如何进行效益平衡、当出现多公交车同时申请信号优先时，如何处理优先排序等实践中的问题，展开了深入研究；另一方面，提出了基于一定规则、基于滚动优化和基于智能算法的信号优化控制方案。信号实时优先策略中，研究的最主要目标还是公交车辆延误最小化，通常根据公交车辆的时刻表延误，判断是否需要为公交车辆提供实时信号优先。
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本文研究思路 4
2 现代有轨电车交叉口信号控制配时方案 5
2.1 被动优先控制策略 6
2.2 主动优先控制策略 6
3 现代有轨电车交叉口信号控制配时方法 7
3.1 交通路-淮海东路交叉口交通环境 7
3.2 交通路-淮海东路交叉口交通条件现状 9
3.3 现代有轨电车交叉口配时方法 10
4 交通路-淮海东路交叉口信号配时与仿真评价 15
4.1 交叉口信号控制配时优化 15
4.2 现代有轨电车优先补偿时段设计 18
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着城市规模的迅速扩张，汽车保有量快速增长，原本歷乏的城市交通资源无法承载其日渐带来的交通压力。城市的交通拥堵问题日益突显，严重的交通拥堵己经威胁到许多大城市的生活质量，只有大力发展城市公共交通才是缓解交通拥堵问题的关键。由于现代有轨电车相比于地铁、轻轨等轨道交通具有投资少，建设周期短，相对于常规公交具有运营能力高的优点，因此越来越多的城市选择现代有轨电车来缓解交通压力。
现代有轨电车具备适宜运量、工程简单、投资较低、建设周期短、绿色环保、运营灵活等特点，具有较广的适用范围，对于人口众多、市区内地铁发达的城市，现代有轨电车线路一般不进入市中心，往往在郊区与中心城区相切，将地铁线与郊区串联。对于没有地铁系统的中小城市，现代有轨电车将成为城市的骨干交通模式，线路几乎 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
全部穿过市中心[1]。
现代有轨电车作为一种路面交通方式，铺设在地面上，因此现代有轨电车存在着其特有的技术特征：①现代有轨电车车辆拥有与汽车一致的加减速制动能力和转弯能力；②釆用半独立或混合路权，与其它路面交通方式存在交叉和干扰；③人工驾驶以处理随时存在的干扰；④接受道路交通信号的控制[2]。
由于现代有轨电车上述独有的特征，原有的交叉口信号控制方案无法满足现代有轨电车的优先通行需求，因此为保证现代有轨电车的运营效率，需要通过对现代有轨电车沿线交叉口进行信号优先控制，在保证现代有轨电车优先通行的同时降低现代有轨电车对沿线交通流的影响，提高交叉口的通行能力，降低社会车辆的延误。选用合适的应用模式，对现代有轨电车的适用性进行宏观性的把握，为交通建设的决策者提供参考意见。评价现代有轨电车在某一区域的适用性，也为现代有轨电车建设工程的可行性提供理论依据。本文结合现代有轨电车的滞站调度，在为现代有轨电车提供条件优先权的基础上，设计了现代有轨电车信号优先控制方案，并建立仿真模型进行验证。
1.2 国内外的研究现状
1.2.1 国外研究现状
现代有轨电车起源于19世纪英国的马拉轨道交通，经历了新兴一衰落一复兴三个阶段。20世纪初，在欧洲的一些城市中，现代有轨电车占据了公共交通重要比例。之后随着小汽车，公共汽车的普及，现代有轨电车由于需要建设专用轨道，建设费用高于公共汽车，并且不利于城市机动车辆的发展，因此20世纪中期后，现代有轨电车开始衰落。20世纪后期，由于私人小汽车的过度发展，交通拥堵阻碍城市的发展，现代有轨电车作为一种较大容量的公共交通方式，受到许多城市的青睐，用以解决城市交通拥堵问题。21世纪，现代有轨电车以其节能、环保、投资小、载客量适中的优点，在解决城市核心区换乘、市郊接驳和景区旅游观光等方面发挥了重要作用，现代有轨电车代表着将来现代有轨电车的发展方向[3]。
在国外，考虑到现代有轨电车的运营会受到沿线交叉口的信号配时方案，如相位差、周期、绿灯时间长度的限制，影响现代有轨电车的运营质量[4]。因此，一些欧洲国家根据路口信号灯的配时方案，调整现代有轨电车的运营时刻表从而使现代有轨电车相比于公交车更具有优先信号[5]。而德国在现代有轨电车线路密集区域为现代有轨电车单独设置了一套现代有轨电车专用信号灯，与路口车辆信号灯分离[6]，将两套信号系统相互协调，实现现代有轨电车的信号优先。
为保证现代有轨电车的运营效率安全通过交叉口，英国的诺丁汉市通过在交叉口布置检测器，实现现代有轨电车在多数的信号控制交叉口中享有优先通行权。该市采用的现代有轨电车检测系统由四个检测线圈构成。沿着现代有轨电车行车方向依次为前置检测器、需求检测器、停车线检测器、取消检测器，其中前三者布置在现代有轨电车进口道，后者布置于出口道，以确认现代有轨电车能够安全通过交叉口。该系统还能够优化后续相位阶段的绿灯开启时间，减少冲突流在交叉口不必要的等待时间。
公交信号优先方面，荷兰学者研究并实施了公交车辆在交叉口的有条件信号优先方法。结果显示，社会车辆延误在公交车辆绝对优先条件下成倍增长，但在有条件优先下却变化不大[7]。也有学者将动态交通信号优化算法应用于公交信号优先，公交车辆在交叉口的到达时刻和驶离时刻都不再是常量[8]，而是与时间相关的变量，公交优先请求根据实际交通流条件赋予适当优先权值。华盛顿学者在利用车辆检测器预测公交到达交叉口时间的基础上，提出了公交优先控制算法，指出检测到的公交车辆的时刻与公交车辆实际到达交叉口的时间间隔较小，从而限制赋予信号优先的程度，尤其是在行人过街清空时间较长时这类限制更加明显，这是一种从控制策略角度降低公交车辆运行波动的实例[9]。
1.2.2 国内研究现状
随着我国经济的快速发展，机动车保有量持续增长，道路建设逐渐滞后于机动车的增长，导致城市现有的道路功能变得紊乱而低效，混合交通是我国城市交通最为显著的特点，而多种交通流在交叉口交汇容易造成拥堵。因此国内许多学者专家结合国情，从不同的方面对现代有轨电车的信号控制系统进行了深入研究。
李凯、毛励良等学者研究了不同等级的道路交叉口的交通流量的组成特性，并以此为依据，确定各相交等级交叉口的信号配时策略，建立了适应现代有轨电车运行特性的配时方案计算公式[10]。沈阳浑南新城为了协调现代有轨电车与其它道路交通流的通行矛盾，根据实时补偿的原则制定信号控制方案，该方案可以有效提高交叉口的通行能力，达到现代有轨电车和社会车辆良好协调的目的，减小社会车辆的平均延误。同济大学的学者讨论了由于现代有轨电车的过弯及行车优先权，按通常方法进行配时会严重影响交通效率的情形，并采用动态配时策略，添加一个现代有轨电车相位，既保证了现代有轨电车的优先，又最大限度地提高了其他社会车辆的通行效率[11]。通过对现代有轨电车到达交叉口停车线时间段的预测，以交叉口总体人均效益最大化为目标，可以兼顾现代有轨电车晚点情况、能源消耗与乘坐舒适性、其它社会车辆交通效益等因素，为现代有轨电车提供有条件的单点信号实时优先控制。
国内专家对公交信号实时优先主要从两方面进行了研究：一方面,对主动优先控制中遇到如针对公交车辆与社会车辆效益相矛盾如何进行效益平衡、当出现多公交车同时申请信号优先时，如何处理优先排序等实践中的问题，展开了深入研究；另一方面，提出了基于一定规则、基于滚动优化和基于智能算法的信号优化控制方案。信号实时优先策略中，研究的最主要目标还是公交车辆延误最小化，通常根据公交车辆的时刻表延误，判断是否需要为公交车辆提供实时信号优先。
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