CN104332061A - 一种实现有轨电车站间绿波通行的绿波设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现有轨电车绿波通行的绿波设置方法，包括以下步骤：采集有轨电车线路沿线交叉口数据、有轨电车运营数据；根据有轨电车线路沿线交叉口数据，各交叉口的交通量确定交叉口配时方案；设置上行方向及发车时刻，确定上行有轨电车到达各交叉口的时刻；确定有轨电车通行相位的绿灯中点时刻及下行方向有轨电车的发车时刻；确定下行方向有轨电车到达各交叉口时刻；将下行方向有轨电车到达各交叉口时刻与绿灯中点作差，确定各交叉口的时刻差δ_x；根据时刻差，调整交叉口配时方案。本发明方法避免有轨电车在交叉口产生不必要的停车，提高线路的运行效率；结合电车运行诱导技术，确保有轨电车按照设定运营参数运行，提高有轨电车的准点率。

Description

一种实现有轨电车站间绿波通行的绿波设置方法

技术领域：

本发明通过在预定的可调范围内调整有轨电车在停靠站的停靠时间、有轨电车通行相位的绿灯启动时间和有轨电车行驶速度，实现有轨电车双向绿波通行，属于城市公共交通运输管理与控制领域。 

背景技术：

大力发展城市公共交通，改善公共交通服务状况，提升居民公交出行分担率，构建以公共交通为主导的城市交通发展体系，对缓解城市交通拥堵、改善居民居住环境、保障城市快速可持续发展具有重要意义。现阶段，一方面，由于城市规模的不断扩大、居民出行距离的日益增加，城市潮汐交通现象日益凸显；另一方面，常规公交系统具有准点率低下、舒适度较小、运量小等缺点，因此，常规公交无法满足日益增长的公交出行需求。有轨电车作为一种“新型”的公共交通方式，相对常规公交而言，由于其具有更高的舒适度、更大运量等优势，越来越受到城市建设、管理人员的青睐。 

不同于有独立运行空间的地铁，有轨电车线路常与城市道路交通交叉，通行需求经常发生冲突。将有轨电车控制与道路交通控制纳入协同控制范畴是确保有轨电车运行速度、提高有轨电车运行效率、增加有轨电车准点率的一种行之有效的管理手段。通过本发明提出的一种有轨电车绿波通行的绿波设置方法，结合有轨电车运行过程中的诱导技术，能够有效地确保有轨电车发挥公共交通大容量、高效率、低能耗的运输优势，大幅度提升城市公交的承载能力。 

发明内容：

发明目的：为改善有轨电车运行环境、提高有轨电车运营速度、增加有轨电车运营准点率，本发明提供了一种实现有轨电车绿波通行的绿波设置方法。 

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为： 

一种实现有轨电车绿波通行的绿波设置方法，其特征在于，包括以下步骤： 

(A)、采集有轨电车线路沿线交叉口数据、有轨电车运营数据；其中，沿线交叉口数据包括交叉口各流向交通量、交叉口形式与渠化以及几何尺寸；有轨电车运营数据包括车身长度、路段长度、停靠站停靠时间及其运行波动范围、行驶速度、加速度以及减速度； 

(B)、根据步骤(A)中的有轨电车线路沿线交叉口数据，根据各交叉口的交通量确定交叉口配时方案； 

(C)、结合步骤(A)中的有轨电车运营数据和步骤(B)中的交叉口配时方案，设置上行方向及发车时刻，确定上行有轨电车到达各交叉口的时刻； 

(D)、结合步骤(A)中的有轨电车运营数据、步骤(B)中的交叉口配时方案和步骤(C)中的有轨电车达到各交叉口的时刻，确定有轨电车通行相位的绿灯中点时刻及下行方向有轨电车的发车时刻； 

(E)、结合步骤(A)中的有轨电车运营数据和步骤(D)中的下行方向有轨电车发车时刻，确定下行方向有轨电车到达各交叉口时刻； 

(F)、将步骤(E)中的下行方向有轨电车到达各交叉口时刻与步骤(D)中的绿灯中点作差，确定各交叉口的时刻差δ_x； 

(G)、根据时刻差，调整交叉口配时方案：首先判断步骤(F)中所有交叉口的时刻差是否均小于允许通行时长，当所有交叉口的时刻差均不小于允许通行时长时，则调整下行方向发车时刻、运行速度和停靠时间，使所有交叉口的时刻差均小于允许通行时长；然后根据时刻差，确定绿灯中点时刻的调整量，并确定最终的路灯启动时刻和绿灯结束时刻。 

所述步骤(B)包括以下步骤： 

(B1)、根据交叉口交通量，采用韦伯斯特法计算交叉口信号周期时长、有轨电车相位绿灯时长；若没有与有轨电车同时放行的相位，需设置有轨电车专用相位； 

(B2)、根据有轨电车在交叉口内线路长度、车身长度和交叉口运行情况，确定有轨电车在交叉口的最短通行时间； 

(B3)、比较有轨电车相位绿灯时长与最短通行时间，若绿灯时长小于最短通行时间，则延长相位绿灯时长至最短通行时间，并调整信号周期时长；反之，不作调整； 

(B4)、重复步骤(B1)、(B2)和(B3)确定有轨电车沿线所有交叉口信号配时，选取最大的周期作为公共周期，统一其它交叉口信号配时方案。 

所述步骤(C)包括以下步骤： 

(C1)、将交通量较小的方向作为电车上行方向，设上行发车时刻为T_send； 

(C2)、计算总停靠时间t_s：t_s＝Σt_s·i,i＝1,2,…,m，t_s·i为上行方向有轨电车在第i个停靠站的停靠时间，m为始发站与目标交叉口x之间的停靠站数，x＝1,2,…,q； 

(C3)、计算路段总行驶时间t：t＝ΣL_j/V_j,j＝1,2,…,n，j为路段编号，n为始发站与目标交叉口x之间的路段数，L_j为路段j的长度，V_j为路段j的平均行驶速度； 

(C4)、确定有轨电车到达目标交叉口x的时刻T_x：T_x＝T_send+t_s+t。 

所述步骤(D)包括以下步骤： 

(D1)、确定交叉口x的有轨电车相位绿灯中点t_mid·x：t_mid·x＝T_x+kC_x，T_x为上行有轨电车到达交叉口x的时刻，C_x为交叉口x的周期时长，k为整数； 

(D2)计算有轨电车下行方向发车时刻 t_mid·q为上行方向最后一个交叉口q的绿灯中点时刻,L_q为下行始发站与交叉口q之间的距离，为与L_q对应的平均行驶速度。 

所述步骤(E)包括以下步骤： 

(E1)、计算总停靠时间 为下行有轨电车在停靠站i的停靠时间，为下行始发站与目标交叉口x之间的停靠站数； 

(E2)、计算路段总行驶时间 j为路段编号，为下行始发站与目标交叉口x之间的路段数，为路段j的长度，为路段j对应的平均行驶速度； 

(E3)、确定有轨电车到达目标交叉口x的时刻

所述步骤(F)包括以下步骤： 

(F1)、计算下行电车到达交叉口时刻与绿灯中点的时刻差δ_x：δ_x∈(-C_x/2,C_x/2]； 

(F2)、计算允许通行时长R_e·x：R_e·x＝t_x-t_t·x，计算时间半径R_x＝R_e·x/2，其中t_x为交叉口x电车通行相位绿灯时长，t_t·x为有轨电车在交叉口x的最短通行时间。 

所述步骤(G)包括以下步骤： 

(G1)、若则将该交叉口调整成δ_x∈[-R_e·x,R_e·x]，调整的具体方法是：选取时间差与中点时刻差值的绝对值最大的交叉口，通过调整下行方向发车时刻，使该值变小；从下行方向第一个交叉口开始判断其是否满足δ_x∈[-R_e·x,R_e·x]，若不满足，采用枚举法调整交叉口上游相邻路段的行驶速度、停靠时间，直至满足要求为止；若满足则对下一个交叉口进行判断；若所有调整都无法满足，则重新设置信号控制参数； 

(G2)、若时，则不调整交叉口的绿灯启动时间；当时，调整交叉口的绿灯启动时间，调整的方法是：若δ_x＞0，则将原绿灯中点时刻沿时间轴向后移动δ_x/2；若δ_x＜0则将原绿灯中点时刻沿时间轴向前移动|δ_x|/2； 

(G3)、确定各交叉口有轨电车通行相位的绿灯启动时刻和绿灯结束时刻。 

有益效果：本发明方法可以有效避免有轨电车行驶速度出现大幅度波动，增加了有轨电车的舒适度；避免有轨电车在交叉口产生不必要的停车，提高线路的运行效率；结合电车运行诱导技术，确保有轨电车按照设定运营参数运行，提高有轨电车的准点率；同时，本发明对改善公共交通服务水平，提高公共交通分担率，贯彻落实国家优先发展公共交通的政策方针具有重要意义。 

附图说明：

图1为本发明方法的基本流程图； 

图2为本发明方法的某有轨电车线路停靠站及沿线交叉口位置示意图； 

图3为本发明方法的某有轨电车双向行驶时间-距离图。 

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明做进一步说明： 

如图1所示为一种实现有轨电车绿波通行的绿波设置方法的基本流程图，下面结合实例进一步阐明本发明方法。 

(A)采集有轨电车线路沿线交叉口数据、有轨电车运营数据； 

本步骤中，有轨电车沿线交叉口数据包括交叉口各流向交通量、交叉口形式与渠化、几何尺寸；有轨电车运营数据包括车身长度、路段长度、停靠站停靠时间及其运行波动范围、行驶速度、加速度、减速度等。 

有轨电车线路沿线交叉口数据可以通过交管部门以及实地调查获得；有轨电车运营数据可以通过有轨电车公司咨询获得。有轨电车停靠站及交叉口之间的位置关系见图2。其中，停靠站4设置交叉口5的停车线位置处。 

各停靠站的基本停靠时间(满足乘客上下电车需要的时长)相同，均为30s，停靠站提前或滞后发车的时间均设为5s；因此，各站停靠时间允许范围为(25，35)。电车运行的最佳行驶速度为30km/h，运行最高速度和最低速度分别为50km/h和10km/h，加速度和减速度分别为1.0m/s²和1.2m/s²。有轨电车直行方向交叉口宽度均为20m，电车车长30m。 

(B)确定交叉口配时方案 

(a1)根据各交叉口的交通量，采用交通信号控制中常用的韦伯斯特信号配时方法，计算每个交叉口的周期时长、各相位的绿灯时长，计算结果见表1。 

表1各信号交叉口初始配时参数 

注：相位一为电车通行相位，相位二为电车线路上的左转相位，相位三为与电车线路垂直方向的直左相位。 

(a2)根据有轨电车交叉口运行速度、车身长度和交叉口尺寸，确定有轨电车经过各交叉口需求的最短时间，即有轨电车相位最短绿灯时长。有轨电车自停靠站以1.0m/s²加速度加速至30km/h所需的距离约为35m，因此若下游交叉口距停靠站超过35m，则有轨电车能以30km/h通过该交叉口。 

以交叉口5为例，电车停靠站设置在交叉口5停车位置处，因此电车在通过50m(20 m+30m)距离内前35m从初速度为0开始以1.0m/s²加速度加速行驶，后15m以30km/h匀速行驶，一共需要约10s。 

以此类推，以首末站1到首末站2为上行方向，首末站2到首末站1为下行方向，分别计算上、下行方向电车通过各交叉口的最短绿灯时长，同一交叉口取较大值作为该交叉口的最短绿灯时长。各交叉口的有轨电车相位最短绿灯时长见表2。 

表2各交叉口有轨电车相位最短绿灯时长 

比对表1和表2相应参数，发现各交叉口的电车相位绿灯时长均满足最短绿灯时长，因此各交叉口信号配时暂不做调整。 

(a2)选取最大信号周期作为公共周期，将其他非公共周期延长至公共周期。延长的差值按绿灯显示比例分配到各相位中，各交叉口调整后的配时参数见表3。 

表3各信号交叉口第一次调整后的配时参数 

(C)确定上行方向及其发车时刻，计算上行有轨电车到达各交叉口的时刻。 

(a1)以首末站1到首末站2的方向为有轨电车运行的上行方向，以首末站2到首末站1的方向为有轨电车运行的下行方向；选取8:00:00作为首末站1的发车时刻； 

(a2)根据有轨电车在各路段的运行特征，计算各路段的行驶时间。各路段行驶时间见表4。 

表4有轨电车各路段运行时间 

(a3)根据有轨电车上行方向的发车时刻、路段行驶时间和停靠站停靠时间，计算上行方向有轨电车达到各交叉口的时刻，结果见表5。 

表5上、下行方向有轨电车到达各交叉口的时刻 

到达时刻	上行方向	下行方向	到达时刻	上行方向	下行方向
						交叉口1	8:02:16	8:19:57	交叉口5	8:08:04	8:14:07
交叉口2	8:03:42	8:18:31	交叉口6	8:09:15	8:12:56
						交叉口3	8:04:19	8:17:54	交叉口7	8:09:49	8:12:22
交叉口4	8:06:02	8:16:10	交叉口8	8:11:05	8:11:05

(D)确定各交叉口有轨电车通行相位绿灯中点时刻，初步确定下行方向有轨电车发车时刻。 

(a1)以交叉口8为例，上行方向到达该交叉口的时刻为8:11:05，因此该交叉口的绿灯中点时刻为8:11:05+90k，其中k为整数； 

(a2)假定下行方向车辆到达交叉口8的时刻为8:11:05，结合首末站2到交叉口8的行驶时间(31s)，确定下行方向发车时刻为8:10:34； 

(E)根据下行方向有轨电车发车时刻、路段行驶时间和停靠站停靠时间，计算下行方向有轨电车到达各交叉口的时刻。以交叉口7为例，电车到达该交叉口的时候为8:10:34+31+25+30+21＝8:12:22，计算结果见表5。 

(F)确定有轨电车相位绿灯中点与下行方向有轨电车到达该交叉口时刻差。具体做法如下：在绿灯中点时刻的集合中寻找与到达时刻相距最近的绿灯中点时刻，然后用该绿灯中点时刻减去到达时刻，同时保留符号。 

以交叉口3为例，下行方向电车达到该交叉口时刻为8:17:54，通过搜索发现，交叉口3中最近的绿灯中点为8:17:49，因此差值为-5s，表7中用(5)表示。如果计算结果为正数，直接填入表7中相应位置。 

(G)根据时刻差，参数调整。通过比较时刻差与允许通行时长，调整下行方向发车时刻、运行速度和停靠时间，使所有交叉口的时刻差均小于允许通行时长；然后根据时刻差与时间半径的关系，确定绿灯中点时刻的调整量，并确定最终的路灯启动时刻和绿灯结束时刻，调整结果见表8。 

根据表6和表8中的运行参数、绿灯信号启动时刻和结束时刻，绘制成有轨电车时刻图，见图3。 

最后结合有轨电车客运需求和交叉口的信号周期，制定有轨电车发车时刻表，以发车间隔3min为例，有轨电车上下行发车时刻如表9所示。 

表9上、下行有轨电车发车时刻表 

车次	上行方向	下行方向	车次	上行方向	下行方向
						首班车	8:00:00	7:58:59	第五班	8:12:00	8:10:59
第二班	8:03:00	8:01:59	第六班	8:15:00	8:13:59
						第三班	8:06:00	8:04:59	第七班	8:18:00	8:16:59
第四班	8:09:00	8:07:59	第八班	8:21:00	8:19:59

Claims (7)

1.一种实现有轨电车绿波通行的绿波设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

(A)、采集有轨电车线路沿线交叉口数据、有轨电车运营数据；其中，沿线交叉口数据包括交叉口各流向交通量、交叉口形式与渠化以及几何尺寸；有轨电车运营数据包括车身长度、路段长度、停靠站停靠时间及其运行波动范围、行驶速度、加速度以及减速度；

(B)、根据步骤(A)中的有轨电车线路沿线交叉口数据，根据各交叉口的交通量确定交叉口配时方案；

(C)、结合步骤(A)中的有轨电车运营数据和步骤(B)中的交叉口配时方案，设置上行方向及发车时刻，确定上行有轨电车到达各交叉口的时刻；

(D)、结合步骤(A)中的有轨电车运营数据、步骤(B)中的交叉口配时方案和步骤(C)中的有轨电车达到各交叉口的时刻，确定有轨电车通行相位的绿灯中点时刻及下行方向有轨电车的发车时刻；

(E)、结合步骤(A)中的有轨电车运营数据和步骤(D)中的下行方向有轨电车发车时刻，确定下行方向有轨电车到达各交叉口时刻；

(F)、将步骤(E)中的下行方向有轨电车到达各交叉口时刻与步骤(D)中的绿灯中点作差，确定各交叉口的时刻差δ_x；

(G)、根据时刻差，调整交叉口配时方案：首先判断步骤(F)中所有交叉口的时刻差是否均小于允许通行时长，当所有交叉口的时刻差均不小于允许通行时长时，则调整下行方向发车时刻、运行速度和停靠时间，使所有交叉口的时刻差均小于允许通行时长；然后根据时刻差，确定绿灯中点时刻的调整量，并确定最终的路灯启动时刻和绿灯结束时刻。

2.根据权利要求1所述的一种实现有轨电车绿波通行的绿波设置方法，其特征在于：所述步骤(B)包括以下步骤：

(B1)、根据交叉口交通量，采用韦伯斯特法计算交叉口信号周期时长、有轨电车相位绿灯时长；若没有与有轨电车同时放行的相位，需设置有轨电车专用相位；

(B2)、根据有轨电车在交叉口内线路长度、车身长度和交叉口运行情况，确定有轨电车在交叉口的最短通行时间；

(B3)、比较有轨电车相位绿灯时长与最短通行时间，若绿灯时长小于最短通行时间，则延长相位绿灯时长至最短通行时间，并调整信号周期时长；反之，不作调整；

(B4)、重复步骤(B1)、(B2)和(B3)确定有轨电车沿线所有交叉口信号配时，选取最大的周期作为公共周期，统一其它交叉口信号配时方案。

3.根据权利要求1所述的一种实现有轨电车绿波通行的绿波设置方法，其特征在于：所述步骤(C)包括以下步骤：

(C1)、将交通量较小的方向作为电车上行方向，设上行发车时刻为T_send；

(C2)、计算总停靠时间t_s：t_s·i为上行方向有轨电车在第i个停靠站的停靠时间，m为始发站与目标交叉口x之间的停靠站数，x＝1,2,…,q；

(C3)、计算路段总行驶时间t：j为路段编号，n为始发站与目标交叉口x之间的路段数，L_j为路段j的长度，V_j为路段j的平均行驶速度；

(C4)、确定有轨电车到达目标交叉口x的时刻T_x：T_x＝T_send+t_s+t。

4.根据权利要求3所述的一种实现有轨电车绿波通行的绿波设置方法，其特征在于：所述步骤(D)包括以下步骤：

(D1)、确定交叉口x的有轨电车相位绿灯中点t_mid·x：t_mid·x＝T_x+kC_x，T_x为上行有轨电车到达交叉口x的时刻，C_x为交叉口x的周期时长，k为整数；

(D2)计算有轨电车下行方向发车时刻 t_mid·q为上行方向最后一个交叉口q的绿灯中点时刻,L_q为下行始发站与交叉口q之间的距离，为与L_q对应的平均行驶速度。

5.根据权利要求4所述的一种实现有轨电车绿波通行的绿波设置方法，其特征在于：所述步骤(E)包括以下步骤：

(E1)、计算总停靠时间 为下行有轨电车在停靠站i的停靠时间，为下行始发站与目标交叉口x之间的停靠站数；

(E2)、计算路段总行驶时间 j为路段编号，为下行始发站与目标交叉口x之间的路段数，为路段j的长度，为路段j对应的平均行驶速度；

(E3)、确定有轨电车到达目标交叉口x的时刻

6.根据权利要求5所述的一种实现有轨电车站间绿波通行的绿波设置方法，其特征在于：所述步骤(F)包括以下步骤：

(F1)、计算下行电车到达交叉口时刻与绿灯中点的时刻差δ_x：

${\mathrm{\δ}}_x={\stackrel{\‾}{T}}_x-t_{\mathrm{mid}\·x},$ δ_x∈(-C_x/2,C_x/2]；

(F2)、计算允许通行时长R_e·x：R_e·x＝t_x-t_t·x，计算时间半径R_x＝R_e·x/2，其中t_x为交叉口x电车通行相位绿灯时长，t_t·x为有轨电车在交叉口x的最短通行时间。

7.根据权利要求6所述的一种实现有轨电车站间绿波通行的绿波设置方法，其特征在于：所述步骤(G)包括以下步骤：

(G1)、若则将该交叉口调整成δ_x∈[-R_e·x，R_e·x]，调整的具体方法是：选取时间差与中点时刻差值的绝对值最大的交叉口，通过调整下行方向发车时刻，使该值变小；从下行方向第一个交叉口开始判断其是否满足δ_x∈[-R_e·x,R_e·x]，若不满足，采用枚举法调整交叉口上游相邻路段的行驶速度、停靠时间，直至满足要求为止；若满足则对下一个交叉口进行判断；若所有调整都无法满足，则重新设置信号控制参数；

(G2)、若时，则不调整交叉口的绿灯启动时间；当时，调整交叉口的绿灯启动时间，调整的方法是：若δ_x＞0，则将原绿灯中点时刻沿时间轴向后移动δ_x/2；若δ_x＜0则将原绿灯中点时刻沿时间轴向前移动|δ_x|/2；

(G3)、确定各交叉口有轨电车通行相位的绿灯启动时刻和绿灯结束时刻。