现代有轨电车平交路口信号控制的分析

现代有轨电车平交路口信号控制的分析

【摘要】简要介绍了现代有轨电车与社会交通车辆之间冲突的平交路口的信号设备，信号的优先级控制模式，分析了路口信号控制的原理，进行了有轨电车通过路口时间的计算，在突出平交路口信号控制重要性的同时，给出了确保安全、提高路口运行效率的建议。

【关键词】现代有轨电车；信号设备；优先级控制；平交路口信号控制；通过时间计算。

一、前言

现代有轨电车是介于地铁和公交之间的一种中低运量的新型城市轨道交通工具，它具有安全、舒适、环保、快速的特性，它不仅能够缓解城市道路日益拥堵的压力、减少废气的排放的问题，而且可以为公共交通的建设提供新的解决方案。现代有轨电车在欧洲乃至全世界范围内的迅速复兴，足以证明它存在的合理性和未来在国内的广阔发展前景，所以我们要在引进有轨电车技术的同时，提高对有轨电车的认识，加强有轨电车在实际运行中可能会存在的问题的研究。

现代有轨电车在正线运行时，一般采用全球定位系统和轨道检测设备进行定位；采用无线通信技术实现控制中心和列车、轨旁之间的通信；在与社会车辆冲突的平交路口，通过协调社会交通灯和有轨电车专用信号机的开放来确保电车司机安全通过冲突区域。在整个运行过程中，协调好平交路口各方交通流，解决有轨电车与社会交通车辆之间的冲突是确保电车安全运行，提高运行效率的关键所在，所以对有轨电车平交路口信号控制的研究是非常必要的。本文主要从有轨电车的车辆和线路特性，平交道口信号设备的组成和布置，路口控制的模式，路口控制的原理，路口控制的优先级等几个方面分析了现代有轨电车平交路口的信号控制方法。

二、车辆和线路特征

现代有轨电车是城市轨道交通的一部分，具有运量大、速度快、安全、保护环境、节约能源、噪音小、编组灵活的特点。车辆（见图1）一般采用模块化设计理念，模块之间采用铰链链接，客室地板为100%低地板，走行部为钢轮钢轨制式。线路封闭程度低，一般采用地面线敷设、埋入式轨道的形式，与社会交通车辆共享路权，路口一般采用立交、下穿或者平面交叉线路。与社会线路平面交叉的路口采用路口信号控制技术，保证现代有轨电车能够安全、优先的通过。平交路口（见图2）类型可分为十字路口路中直行、十字路口路中转路中、丁字路口路侧转路中等形式。

图1 现代有轨电车车辆

图2 平交路口示意图

三、平交道口信号设备的组成和布置

平交道口信号设备（见图3）包括社会交通信号设备和有轨电车专用信号设备两部分。

图3 道口信号设备布置图

社会交通信号设备主要包括社会交通灯控制器和社会交通灯，其功能是为了设备交通提供信号显示和控制。

有轨电车专用信号设备主要包括平交路口信号控制机柜、专用信号灯、列车检测装置和与社会信号灯接口设备，其功能是为实现与道路交通控制柜的接口、接收列车优先请求、提供信号显示控制、进行列车进入和通过路口状态检测、实现与控制中心的实时通信。

三、平交路口的信号控制

现代有轨电车是司机根据专用信号机的显示，目视化行车，所以平交路口的信号控制直接关系到运营的安全与否。有轨电车和社会车辆同为城市交通的有机组成部分，但是在通行权上却形成了一对矛盾，平交路口的信号控制是通过与道路交通控制柜的接口，来协调有轨电车与社会交通的信号相冲突，从而达到控制各自信号显示的目的，保证路口信号开放的秩序，达到有序、安全、通行能力的最大化的目的。

一、信号优先控制模式

与社会车辆相比，有轨电车作为信号调整利益获得者，采用信号优先控制，优先控制分为绝对优先和相对优先两种，其中相对优先具有三种模式：有轨电车优先级打开、有轨电车优先级关闭和有轨电车准备启动。

“优先级打开”模式是指：有轨电车的通行具有一定的优先权，当电车接近路口时，社会交通灯控制器能接收列车接近信息，并根据当前相位情况适当改变

各个相位通行/等待时间，达到有轨电车不停车通过或者等待时间最短的目的。

“优先级关闭”模式是指：有轨电车不具有通过路口的优先权，当电车接近路口时，路口控制器不给社会交通灯控制器发送列车接近信息。

“准备启动”模式是指：有轨电车在站台停车、乘客乘降完成之后，司机准备启动有轨电车时，司机按压“准备启动”按钮发送准备启动请求到路口控制器；电车路口控制器给社会交通灯控制器发送列车接近请求。

二、路口检测装置的作用

电车路口检测装置是指在每个平交路口接近方向线路上，配置有一个虚拟列车检测环线和三个物理列车检测环线，分别称为列车预告环线、列车请求环线、入口环线和出口环线。

列车预告环线主要是在有轨电车优先级打开的情况下，路口控制器会提前规定的时间内向社会交通等控制器发送列车接近的预告信息；列车请求环线主要是当有轨电车优先级打开的情况下，在列车经过时由路口控制器向社会交通灯控制器再次发送列车接近信息，并请求通过；入口环线主要是当有轨电车通过入口环线时，环线状态由“空闲”变为“占用”，并被路口控制器检测到，向社会交通灯控制器发送有轨电车已经占用平交路口的信息；出口环线主要是当列车通过出口环线时，环线状态由“占用”变为“空闲”，并被路口控制器检测到，向社会交通控制器发送有轨电车已经出清平交路口的信息。

三、平交路口信号控制原理

当有轨电车通过与社会交通车辆冲突的平交路口时，列车检测装置将传送电车到来的信息使控制系统为电车提供优先通过权，信号的切换时刻设置在社会车辆通行的某一相位完成后，在电车通过交叉口之前的这段时间，平交路口处于空闲状态。

平交路口信号控制原理如图4所示：

图4 平交路口信号控制原理图

1、列车检测环线与有轨电车路口信号控制器连接，当列车经过环线时，信号控制器能够接收到列车接近的信息；

2、当列车接近路口，通过预告环线和请求环线，路口有轨电车信号控制箱接收到列车到达信息，并将优先通过信息发送给社会交通灯控制器；

3、通过社会交通灯控制器判断后，如果满足优先通过条件，会给予有轨电车优先，并将优先信息反馈给有轨电车信号控制器，有其给出有轨电车专用信号机开放信号，司机驾驶列车通过路口；如果不满足优先通过条件，不会给予有轨电车优先，司机减速并在信号机前停车，直至信号灯给出允许通过显示为止。

4、当有轨电车通过入口环线时，路口有轨电车信号控制箱接收到列车到达信息，并将路口“占用”信息发送给社会交通灯控制器，使其保持社会交通灯关闭状态；当有轨电车通过出口环线时，路口有轨电车信号控制箱接收到列车到达信息，并将路口“出清”信息发送给社会交通灯控制器，使其开启社会交通灯信号，使冲突的交通流放行。

四、通过时间计算

从下面流程图可以看出要想提高平交路口的效率就需要就计算出环线设置位置，通过环线的位置计算出有轨电车通过的时间，通过改变影响有轨电车通过时间的因素，从而可以提高通过效率。

图5提高路口效率流程图

图6 平交路口平面图

有轨电车通过时间（t）等于社会交通的损失时间：

（1）

（2）

其中，S12为预告环线H1与接近环线H2之间的距离；S23为接近环线与入口环线H3之间的距离；Sa为入口环线与路口禁止线之间的安全距离；Sb出口环线与路口禁止线之间的安全距离；Sc为社会车辆停车位置距离禁止线距离；S 为有轨电车线路与社会交通线路平面交叉的距离；L为有轨电车的长度；T1、T2分别为有轨电车进入环线H1和环线H2的时间；t1、t2分别为社会交通控制器和有轨电车控制的反应时间；v为有轨电车的平均速度；vs为社会车辆的平均速度。