现代有轨电车平面交叉口通行能力的研究.doc

交通工程创新实践课程报告现代有轨电车系统平面交叉口通行能力的研究现代有轨电车是从传统的有轨电车脱胎而出的一种新型交通工具，具有更高的运行速度、更舒适的乘车空间以及快捷的换乘方式。它在欧洲很大范围内的复兴证明其存在的合理性。我国个别城市仍保留有一定数量的有轨电车，但其服务水平不高.如何将现代有轨电车(以下简称电车)在适当的条件下引入我国的城市交通，提高电车交叉口通行能力是值得研究的课题。欧洲的电车控制系统普遍以无线通信技术、全球定位系统和轨道检测器为基础;当其通过与社会车辆冲突的交叉口时，检测装置传送电车到来的信息使得控制系统为电车提供优先通行权，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时段内机动车处于让行状态(除协调相位外)。此方法保证了信号的连续性，切换次数较少，使得驾驶员易于理解和操作;然而此法也造成冲突相位机动车无谓延误的增加，饱和度较高的流向容易产生多次排队现象，甚至发生拥堵。本文论述了以实时补偿原则来制定控制方案，科学处理有轨电车与社会车辆之间的通行矛盾，从而达到良好协调的目的，最大限度地利用了时间资源，减小了社会车辆的平均延误。提高有轨电车交叉口通行能力.1 多层次协调控制方法鉴于电车与社会交通之间存有干扰的特性，决定其在交通组织方而有不同于其他轨道交通的特性。这种特性集中体现在与社会车辆通行权的矛盾上。解决这一矛盾将从宏观和微观两个层次对交通做好相应的整体调整和细部设计。 鉴于电车系统的控制、功能和效率要求，须在保证其良好运营的前提下对两者在宏观上和微观上进行要素整合。在此过程中将有轨电车系统作为调整的利益获得方，即原则为:固定电车系统的功用，对城市道路系统整体和局部的诸种参数进行调整，实现通行能力的最大化。电车和社会车辆同为城市交通的有机组成部分，尽管在通行权上形成一对矛盾，但仍然是交通系统中相辅相成的要素，在协调控制的过程中不能完全割裂。协调控制的层次显现在图1中:先整体后局部为协调的一般次序;在微观层次难以解决的问题仍要上溯到宏观层次中来解决。这种逻辑次序符合一般的科学方法。2 平面交叉口的控制鉴于交叉口控制方案是基于原有交通状况，因而在线路设计完成后一部分结点出现了或者依然存在着通行困难，这就要求针对有轨电车的介入改变交叉口的控制形式。为确保电车的运营效率并维持结点一定的服务水平，依靠对交叉口几何设计的重整以及相位、相序的优化设计，使得道路的通行能力得以改进。优化的控制指标是各进口道的延误和排队长度。2. 1控制方案准备方案准备主要包括简化交叉口几何设计以及损失时间的计算，目的为清晰地了解交叉口的运行状况，简化与电车冲突的交通流，并形成与电车协调的交通流，为方案的制定提供物理和逻辑基础。2.1.1简化交叉口 根据有轨电车与道路的冲突特点和形式，对交叉口的几何参数进行调整，以适应电车优先通过的特性。在对道路形式进行调整时，使冲突车道与电车路线保持较大角度相交，使得电车通过对交叉口造成的损失时间减少，同时有利于行车安全(满足良好的视觉条件以及穿越时的便利)。将通过交叉口的社会车流按照与电车冲突与否分为冲突流和协调流两组，并试将冲突流进行汇总，同时形成与电车协调的车道组。对于协调流，在电车通过的同时给予通行权。协调流包括与电车线路的延伸方向完全一致或与电车不存在冲突的车流方向。而对于冲突流，则实施损失时间实时补偿，在电车通过后的第一时间内予以放行，避免排队和延误的累加。 交叉口改造案例见图2,3。图2中，鉴于电车兴建前的交通组织不适于电车和社会车辆的通行要求，造成相位间隔重赘，累计的损失时间增大，东、南两进口的车辆都需要经过二次控制才能通过交叉口;同时由于上一周期车辆不能完全排空(电车的介入)而常常在待行区域内造成拥堵;加之早晚高峰电车对交叉口的干扰较为频繁，电车连续两次通过对同一进口道的车辆产生了持续影响,排队在短时期内难以消散，系统的稳定性差. 基于上述原因，为配合交叉口实时控制方案提出整治措施:将东、南方向的车流用环形交叉口融汇成为一束交通流，合并交通流的来源;待行车辆排队区域可适度延长至环行交叉口内;环交的车辆自组织减小了主交叉口出口道车辆对两向车流的影响(见图3)。通过交叉口形式及渠化设计的改善，为信号控制提供必要的物理基础。2. 1.2损失时间的计算 电车通过交叉口时，社会车辆的损失时间对于控制方案的制定有关键的约束作用，是方案准备中的一个重要参数。交叉口处的信号转换是依靠设置在电车线路上的四个检测器来进行的(见图4):前3个检测器埋设在临近交叉口100 m的电车线路范围中，当其探测到电车的到来时将转换信号给予其优先权;检测器1,2可探测出电车的行进速度，当电车通过检测器2的时刻信号随之而变;检测器3将确认电车己经进入交叉口;而检测器4是确认电车业己安全离开交叉口。电车通过交叉口时，造成的社会车辆损失时间z的数学表达如下:(2) 式中:s。为检测器2埋设地点与交叉口冲突点的距离;s为电车线路与交叉口平交范围内的长度;z，22分别为系统前、后响应时间;r为电车长度;s.为电车通过后的安全距离;s为车辆从停车线起到穿越电车线路线为比的距离;s,:为检测器i,2间的距离;r r:分别为到达检测器时i,2的时刻;二和ZJ k分别为电车和社会车辆的平均速度。式2确保在绿灯末期通过的车辆不与有轨电车发生冲突;两式综合，表明在交叉口平而设计中应尽量缩小电车与社会车辆冲突区域的范围，以减少损失时间。2. 2控制方案的制定 协调控制依靠方案来具体体现，因此控制方案的科学与否直接关系协调的结果。上述方案准备己为此提供了有力的物理保证，同时控制方案的制定也是前期准备工作的逻辑延伸。两个阶段的研究进程是相互关联、相互反馈的互动过程。2. 2. 1控制方案制定方法简述由图5可知，交叉口的平而布置完成后要根据调查和预测的交通量数据对交叉口进行初始配时。在这里应充分考虑电车介入后交通需求发生的变化。配时方案要求基于电车优先权的实现，以确保电车的运营效率和准时性。在电车通过交叉口期间，与电车无冲突的交通流给予相应的通行权，在电车通过交叉口后对被占用通行时间的相位进行实时的追加补偿。最终将配时初步方案放入仿真平台上测试其可行性，以平均延误和排队长度来评价方案的可行性，同时通过不断调整周期时长和相位的绿信比来达到控制方案的优化。交通需求超出了交叉口的通行能力时，应考虑上溯到对路网的整体协调。在实际的工程中，应制定出若干套方案，通过服务水平和系统的稳定性来作为评价指标，选择出其中最优方案并加以实施。2.2.2控制方案生成方法 1)按照各流向的交通量和渠化形式进行基础配时式中:C。为最佳周期时长;T为信号总损失时间;Y为流量比总和。 其中:m为一个周期内的相位数;y为第j相的流量比;qd为设计交通量，Sd为设计饱和流量。有效绿灯时间 各相位的有效绿灯时间 2)加入实时补偿原则 实时补偿是方案制定的核心技术部分，与一般信号灯配时不同的是实现与电车协调相位的同步放行和被占用相位的实时追加补偿。补偿相位的转换是依靠两个关键判断完成的:即是否为第二次返回本相位以及相位被切断时绿灯时间是否过半。此控制思想避免了电车发车频率较大时期对某一个相位的车流反复占用通行时间的逻辑错误。由于协调相位在电车通过交叉口的同时享有通行权，因而电车通过交叉口后则会在一个周期内省略协调相位。模型化控制相位示例见图6。其中，相位1和相位2为与电车冲突相位，相位3为协调相位。关键判断:C;1(是否有电车通过需求)、C; 2(本相位是否结束),C;3(电车是否己离开冲突区域)、C; 4(是否连续第二次返回本相位),C;5(本相位被切断时通行时间是否过半)。 将交叉口运行情况放入交通仿真软件