...市干道单行系统信号配时方法研究分析.pdf文档全文免费阅读 在线看
谭俊桦 肖习雨 张恒 张楠
摘 要： 全球首列智轨列车湖南开跑，智能轨道快运系统属于建设成本低、周期短、节能高效的新型中运量交通系统。文章根据株洲ART试验线基本情况，提出了位于主干道路口的信号配时方案。阐述了智轨列车试验线运行图编制的特殊性，详细分析了相关要素，并重点探讨了路口对智轨列车运行图编制的影响，可为智轨列车运行图编制提供理论参考。为今后ART信号控制的相关研究提供参考，为智轨列车试运行和后期项目提供保障。
关键词： 智轨列车； 路口； 信号配时方案
中图分类号：U284.1，TP319 文献标志码：A 文章编号：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
由中车株洲电力机车研究所有限公司自主研发生产的智能轨道快运系统（以下简称“ART”），示范线一期工程在湖南株洲启动线路匹配测试和试乘。目前ART试验线全长约3公里，为城市主干道，采用混合路权的方式，设有4站，分别是神农大剧院站、珠江北路站、黄河北路站、体育中心站。线路分别与珠江北路、黄河北路和株洲大道交汇。ART双向轨道和站台建设在原有道路中央[1]。
智能轨道快运列车（以下简称“智轨列车”）是ART的运载工具，与现代有轨电车相比，该车采用胶轮承载，取代了传统的钢轮钢轨，因此不需要铺设专有的物理轨道，通过自主研发全球独有的轨迹跟随控制技术，控制智轨列车在虚拟轨道上智能导向，同时依靠特定的信号控制技术对智轨列车在虚拟轨道的行进进行约束，提高安全性。智轨列车采用轨迹跟随、低地板和高效电传动技术，集合了有轨电车无污染，速度快、大运量的特点，又吸收了传统公交客车的运营灵活，建设投入小等优势；具有综合运力强、建设周期短等优越性。
1 智轨列车基本情况介绍
智轨列车具有传统公交客车和有轨电车两种交通方式的特点，路口交通信号的相位、周期与延误、路口信号配时等设计指标都直接影响其运营质量。株洲ART试验线工程是我国首个运营智轨列车的工程，需要在多种交通方式参与的交叉路口进行科学的信号配时，这是一项具有开创性的研究。
项目中采用的智轨运列车为三节编组，长约32米，低地板结构设计，双向行驶，最大载客数为三百余人，最高运行速度为70公里/时，选用动力电池供电，满电量行驶距离超过40公里。
运行图是保证和衡量智轨列车运输效率的重要工具，需要考虑不同時段的发车间隔、运行周期、折返方式等因素，且其动力性能和尺寸和社会车辆显著不同，因此要根据实际情况来设置一套符合ART特点的运行图，而本文所研究的路口信号配时方法能对运行图的优化提供帮助。
2 智轨列车路口信号配时方案
配时方案研究的主要内容包括：制定各相交等级交叉口道路交通信号配时原则及方案；根据ART行驶特性，确定配时方案的参数计算公式；选取典型交叉口，进行实例验证。
结合一些城市混合路权有轨电车交通运行图的编制原则，智轨列车运行图应满足该时段特定的客流量的需求，保持适当的发车间隔，同时需要考虑经过路口时的不确定性因素，所以编制时刻表时还需考虑相对灵活的时刻表调整算法，提高运输效率。使用常规信号控制的手段，计算ART最小绿灯时间、确定各相位绿灯时间、相邻路口绿波方案等过程[2]。
2.1 信号配时方案
信号配时方案主要考虑区间运行时间、停站时间、通过路口时间、路口等待时间等。
区间运行时分是指智轨列车在两相邻车站之间运行的时间标准。智轨列车中间站停站时间只取决于客流量、车门宽度、开关门时间和行车组织方式[3，4]。首末站的停站时间通常较大，由行车组织方式和折返方式决定[5]。
路口通过时间包括智轨列车在道路等待获得授权信号，获得放行信号后驶过路口，直至智轨列车尾部完全通过路口的时间。与试验线线路交叉的三个路口均为城市主干道，因此道路交通信号控制系统采用保持原信号放行相位不变和绿波优化的方式进行建模求解，获得最优通信时间的同时减少对主干道上车辆通行的影响[6-7]。
2.2 最小绿灯时间
为确保在路口智轨列车顺利通过，需要计算智轨列车通过的最小绿灯时间，在制定方案时，要确保相位绿灯时间比智轨列车通过最小绿灯时间大，试验线线路如图1所示。
以上下行站台起点为参考，试验线各关键点位置坐标如表1。
根据表1的线路设计，各路口靠近站台距离分别为SX23（即SX2与SX3之间的距离，双下标都表示为两单下标坐标点之间的距离）、XX12、XX45，其距离均为16米。设计当智轨列车放行时，优化智轨列车的发车运行起点，把站台扩展延长至路口，SX2延长至SX3，即当智轨列车在站台停车，当信号灯放行时，智轨列车才由站台驶出，而不是行驶至路口等待放行。其他两个靠近路口的站台均采用同样的处理方法。
根据路口线路坐标，定义线路长度为S线；上行路口SX34、SX56、SX89间的距离均为42米，下行路口XX23、XX56、XX78的距离均为42米，智轨列车长度st为32米，因此智轨列车通过路口行驶长度米，假定智轨列车通过路口平均速度为米/秒（约30km/h），得到智轨列车通过路口所需时间。
因为线路所在三个交叉口均为主干道，信号灯配时为典型对称流向放行相位设计形式。
2.3 ART运行周期
接着计算智轨列车的单趟运行周期。线路中两站的默认停站时间为t1、t2秒；首尾始发站停站时间（包含折返时间）为t3秒；线路设计智轨列车运行速度为V旅；则得到单向运行时间为线路长度S线路除以设计速度V旅，即：t旅=S线路/V旅。
智轨列车运行周期为：T线路=2*（t1+t2+t3+t旅）。
发车间隔与道路交通信号方案中信号周期的关系非常重要。如果智轨列车能够以道路交通信号周期的整数倍为发车间隔，那么每辆智轨列车都能够利用干线信号协调实现绿波通行。
假定试验线停站时间为25秒，首尾站停站时间（包含折返时间）为120秒，线路行驶速度为36km/h，通过路口的速度为30km/h。
2.4 相位绿信比
关于道路交通信号协调的研究，一般以最小化总延误或最大化绿波带宽为目标。基于绿波带的模型在干线交通量显著大于转向交通量和相交道路交通量时，效果较好，它使干线直行方向的带宽最大化来实现干线车流的总延误最小和停车次数最少。ART线路一般设置在客流量大的主干道上，被动信号优先效果与绿波带的结果密切相关。绿波是一种被动优先的效果，如果智轨列车能够在绿波带宽内行驶，就能保证其不停车通过所有路口，特别是对有专用道的公共交通车辆，由于不受其他车辆干扰，更容易实现绿波通行，大大提高运行效率。因此，可以借鉴最大带宽的方法实现ART干线信号协调控制。
路口南北向直行绿灯放行时间为30秒，信号周期为130秒，当前三个道路信号放行相位绿信比（λ绿信比，C周期时长，Ge有效绿灯时长），λ=0.23。路口相位绿灯时间大于智轨列车通过路口时间，冗余绿灯时间为相位绿灯时间减去智轨列车通行路口所需时间t口，即Ge-t口，故剩余的冗余时间比为，λ'=0.16。因此当智轨列车通过路口时，只要满足所处时间相位倍数的小数部分在相位倍数[0-0.16]这个区间时，智轨列车无需等待，均可在相位绿灯时间内直接通过路口。假设当智轨列车与当前存在半个相位差时（即相位倍数+0.5），在变成所处时间相位倍数小数部分在相位倍数[0.5-0.66]区间时，智轨列车无需等待，可直接通过路口。
2.5 配时通行的效果
根据试验线数据，珠江北路和黄河北路间需建立绿波带的形式，把该路口信号机相位错开半个周期。同理，把下行方向同时考虑绿波带，得到理想通行时间见表2。
根据试验线数据，同时将上下行两个方向考虑绿波带，得到理想同行时间，如表2所示。
根据表2数据，通过珠江北路路口时，上下行的相位倍数分别为1.15和6.01，其小数部分在[0-0.16]区间；通过黄河北路路口时，上下行的相位倍数分别为1.61和5.55，其小数部分在[0.5-0.66]区间；通过株洲大道路口时，上下行的相位倍数分别为1.15和6.01，其小数部分在[0.5-0.66]区间，智轨均可以无等待通过路口。
由此可得出三个路口道路交通信号配时方法：株洲大道和黄河北路的信号灯相位周期保持一致，珠江北路的信号灯相位与另外两个路口错开，保持半个信号灯周期差。上行到达体育中心站时，停站时间延长至250秒，下行行驶至黄河北路站时，停站时间延长至33秒，下行至神农大剧院站时，停站时间缩短至98秒。优化后，智轨列车在上下行路口均无须停车，可直接通过，运行周期完整包含8个信号灯相位。
3 结论
本文给出了一种ART线路道路交通信号配时方法，该试验线规模较小，路口较少，故路口的道路交通信号配时较简单。该方法优化可行的配时，即使路口数增多，也可以对各路口的道路交通信号进行配时。由此可以给与其运行图的制定提供帮助，使ART运输能力得到保障，同时保持原信号放行相位不变，减少与既有道路交通信号系统的冲突。该方案为城市ART信号优先的实施提供借鉴。
參考文献（References）：
[1] 姜杨敏，左鹏.中车株洲所智轨列车正式实现上路运行[J].城
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[2] 张代胜等.现代有轨电车运行图编制策略探讨[J].铁道通信
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西南交通大学硕士学位论文，2013.
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兰州交通大学硕士学位论文，2015.
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