一种共享路权下有轨电车运行图编制及信号灯调整方法

摘要

本发明公开了一种共享路权下有轨电车运行图编制及信号灯调整方法，在底图上绘制有轨电车进入交叉口授权时序序列图；获得列车运行方案规定的列车在每个实体车站的到达、出发和通过时刻，在折返站的停留时间；将各个时刻在运行图上标记并连线，得到的有轨电车运行图；当有轨电车到达交叉口的时刻落在时间区间内时，交叉口信号灯启动红灯早断控制策略；当有轨电车完全出清交叉口的时刻落在时间区间内，交叉口信号灯启动绿灯延迟控制策略。本发明的有益效果是通过制作的有轨电车运行图对交叉口信号灯进行调整，从而使有轨电车顺利优先通过交叉口。

说明书

技术领域

本发明属于交通规划技术领域，涉及一种共享路权下有轨电车运行图编制及信号灯调整方法。

背景技术

有轨电车与城市公交车、BRT相比，具有运量大，享有更高等级独立路权，更加安全、快速等优点；而与地铁、轻轨等城市公共交通方式相比，则具有投资低、建设周期短，线路适应性强等特点。有轨电车是介于地铁与公交之间，适应城市发展的新兴公共交通方式。有轨电车与城市道路交通结合较为紧密，在运行过程中与传统的轨道交通(比如铁路或地铁等)最大的区别在于有轨电车将在城市道路交叉口与城市道路共享路权。正因如此，为了保证有轨电车运行以及通过交叉口区域的优先级最高，需要与城市路面交通相协调。由于此区别的存在，就对有轨电车线路规划与设计、有轨电车行车组织、运营管理等带来诸多新问题。本发明提出在共享路权条件下有轨电车的运行图编制方法。

与铁路运输、城市轨道交通类似，有轨电车需要运行图来实现列车运行过程的合理调度与安排。考虑到在共享路权条件下有轨电车的特点，其运行图虽有与铁路、城市轨道交通运行图类似之处，但是也具有其不同点。传统的轨道交通运行图编制方法很难适应共享路权下有轨电车运行图编制。

传统运行图指现有使用的铁路、城市轨道交通运行图。该类运行图铺设时，列车运行只受本系统内部因素干扰，例如列车追踪间隔，车站作业时间、列车区间运行时分等因素，列车运行享有完全独立路权。运行图编制的过程中考虑的因素以静态数据与指标为主，例如计划开行列车数量，可用车底数等。有轨电车运行图可以认为与传统运行图相同的共性部分和传统运行图不同的个性部分组成。

当有轨电车通过城市交叉口时，由于交叉口还受到地面交通信号灯的控制，对于交叉口区域内有轨电车无法在时间维度上任意拥有路权，而是仅在部分时间内拥有路权。因此当在共享路权条件下，寻找一种运行图编制过程中描述有轨电车列车通过城市交叉口的方法是运行图编制过程中的关键。有轨电车通过城市交叉口时需要与城市平面交叉口进行联动协调控制，考虑两者之间的互相影响是传统铁路运行图、城市轨道交通运行图编制时并未考虑的因素。

传统铁路道口管理以铁路运行优先，当有列车将要通过时，道口提前封闭，禁止机动车、非机动车以及行人等进入，待列车通过后道口解除封闭，恢复正常通行。此类措施保证了铁路列车的绝对优先级通行，但是对路面交通影响较大，效率与通过能力均较低。此类方法适用于较低等级铁路，或者非繁忙区段。考虑到有轨电车穿越的城市交叉口较多，且有轨电车发车密度较高，因此有轨电车与平面交叉口协调控制与传统的铁路道口有所不同，除了需要加入道路交叉口控制系统与有轨电车列控系统的联动协调控制之外，更重要的是在有轨电车运行图编制过程中，采取一定的方法，考虑城市道路交叉口的影响，编写出与城市道路交叉口信号配时相协调的运行图，最大程度上减少城市道路与有轨电车之间的冲突，达到运输组织的安全与高效。

发明内容

本发明的目的在于提供共享路权下有轨电车运行图编制方法，解决了有轨电车通过已有道路平面交叉口时通过时间有时会受到原有道路交通的信号控制干扰，导致影响有轨列车的优先通过交叉口的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：在底图上绘制有轨电车进入交叉口授权时序序列图；

步骤2：获得列车运行方案规定的列车在每个实体车站的到达、出发和通过时刻，在折返站的停留时间；

步骤3：将每列列车在实体车站的到达、出发、通过时刻，在运行图上标记，将同一列列车的这些时刻点连线，得到的有轨电车运行图；

步骤4：根据有轨电车运行图，调整交叉口信号灯时间，当有轨电车到达与离开交叉口时间均落在原有配时方案绿灯时段区间内，因此有轨电车可以不受交叉口既有信号配时方案影响，以最高优先等级无干扰通过交叉口；当有轨电车到达交叉口的时刻落在时间区间内时，交叉口信号灯启动红灯早断控制策略；当有轨电车完全出清交叉口的时刻落在时间区间内，交叉口信号灯启动绿灯延迟控制策略。

进一步，所述红灯早断控制策略，是指红灯结束时刻由原来的时刻t2提早至时刻t1，此方案绿灯时间为t1至t3时间段；

所述绿灯延迟控制策略，绿灯结束时刻由原来的时刻t3推迟至时刻t4，此方案绿灯时间为t2至t4时间段。

本发明的有益效果是通过制作的有轨电车运行图对交叉口信号灯进行调整，从而使有轨电车顺利优先通过交叉口。

附图说明

图1是有轨电车交叉口示意图结构示意图；

图2是交叉口信号相位方案；

图3是交叉口信号配时方案；

图4是有轨电车进入交叉口授权时序序列示意图；

图5是有轨电车运行图底图；

图6是有轨电车运行图示意图；

图7是有轨电车运行图生成时刻表示意图；

图8是有轨电车交叉口协调控制调整方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

有轨电车列车的移动是在一个复杂多变的混合交通环境下由多个因素作用的结果。这些环境和作用既有静态因素也有动态因素。主要考虑以下因素：

(1)线路条件：线路是列车运行的基础，它既涉及到坡道、曲线、桥梁、隧道、交叉口等土木方面的因素，也有轨道电路、分项绝缘器等电气方面的因素，还有运行限速(包括动态限速与静态限速)等运营管理方面因素。特别地，在共享路权下有轨电车运行还需要考虑与其线路相交的路面交叉口情况，包括交叉口的基本信息，例如交叉口位置、交叉口宽度等，还包括前上述研究所定义的虚拟站台位置、交叉口虚拟站台长度，交叉口通过限速、交叉口虚拟站台限速等参数。

(2)列车条件：列车是系统研究的主要对象之一。它涉及到列车的牵引及制动性能、列车质量、列车长度与编组，列车的最大牵引、制动加速度，列车内部布置形式(乘客以站立为主或均有座位)等参数。同时，城市有轨电车多采用低地板现代有轨电车，其特性也与传统动车组、地铁列车等有较大差异。

(3)信号条件：当存在多列车时，信号影响着列车的运行，若列车追踪间较小，则有可能造成后车的运行受到前车的干扰。同时，与传统铁路、地铁信号条件不同，城市有轨电车运行过程中，信号条件还受到与其运行轨道共享路权的路面交叉口影响：列车在即将到达交叉口与通过交叉口时，为了保证有轨电车具

有最高优先级通过交叉口以及运行安全，信号条件会受到交叉口信号配时因素影响。交叉口信号条件包括交叉口信号配时的周期、相位、相位长度、协调控制可调整余量等。

(4)供电参数：它包括牵引供电方式、供变电所的位置及主要参数，重点针对电力牵引环境。

(5)牵引策略：列车运行有许多计算前提条件，如注重运输成本的经济性节能运行，注重运行时间与准点性的运行，同时运行策略还受其他因素等影响，例如在通过交叉口区域需要保证安全而适当降低运行速度，考虑有轨电车穿越市区，乘客多以站立为主，在列车启停车过程中，最大加速度、最大减速度均有一定的限制。

运行图编制所需资料：

运行图是运输组织提供商业运输服务、满足运输需求的直接表示。有轨电车系统列车运行计划的编制必须充分考虑所有的方面，在编制计划之前，运行图的编制需要进行的技术参数与资料数据的准备包括如下方面：

(1)全线各区段分时班次计划：由各站、各区间断面客流需求决定；

(2)列车最小运行间隔：受到列车追踪间隔、列车折返、列车车站作业等因素影响；

(3)列车在各区间的计划运行时分，受到列车性能、信号条件、牵引策略等因素影响；

(4)列车在各站的计划停站时间：受到各个车站的客流量大小、列车编组、车门能力等因素影响；

(5)列车在折返站/折返线上的折返及停留时间；

(6)列车出入车辆段的时间标准；

(7)可用列车数量；

(8)系统开始营业时间和营业结束时间；

(9)列车交路计划，指存在长短交路配合时的情况；

(10)供电系统作业标准及计划；

(11)乘务组工作制度、乘务组数量及工作时间标准；

(12)运行实绩统计；

(13)沿线设备运用及进路冲突数据；

(14)与列车运行线路共享路权的交叉口资料：包括交叉口位置、交叉口宽度等土建信息，同时还有交叉口信号配时情况、列车通过交叉口时间等动态参数，还包括为了保障安全而设置的交叉口限速等信息；

运行图编制原则：

(1)在保证安全可靠的条件下，提高列车的运行速度，缩小列车的运行时分。列车运行速度高是有轨电车系统的优势之一，在安全得到保证的前提下，通过提高列车旅行速度、压缩折返时间，减少出入库作业时间等方式，提高系统的运行效率和服务水平。

(2)尽量方便乘客。编制运行图时主要考虑列车发车间隔。在满足运行技术前提下，尽量选择最小值从而减少乘客的候车时间。在安排低谷运行线时，最大的列车运行图间隔不宜过大。

(3)充分利用线路的能力和车辆的能力。通常情况下，折返站的折返能力是限制全线能力的关键，因此必须对折返线的折返作业时间进行精确计算，尽可能安排平行作业。当车辆周转达不到运营要求时，要合理安排车辆解决高峰客流组织。

(4)在保证运量需求的条件下，运营车底组数达到最少。在保证运量需求的条件下，综合考虑高峰时段列车运行速度、折返时间、列车开行方式等要素，使运营列车数量达到最少，从而降低系统的车辆保有量与运营成本。

(5)充分利用运行图上表示的交叉口可用区域，确定有轨电车进入与出清交叉口时间，使得有轨电车以最高优先级通过交叉口，有轨电车通过交叉口的过程中受到的交叉口信号配时影响最小，以最高优先级通过交叉口而不受影响这一情况的可靠性最高。结合协调控制调整相关方法，在编制铺画运行图中实现有轨电车通过交叉口区域的最高优先级。

根据以上条件，本发明共享路权下有轨电车运行图编制及信号灯调整方法按照以下步骤：

步骤1：在底图上绘制有轨电车进入交叉口授权时序序列图；

以传统列车一分格运行图为底图进行绘制运行图。该运行图横坐标为时间轴，单位刻度为1min。纵坐标为距离，运行图上单位尺寸所代表的实际距离大小即为该运行图的基准比例尺。运行图上列车车站使用车站中心线位置处一条横线来等效表示。横线所在运行图纵坐标方向的位置依据车站中心线位置坐标除以运行图纵坐标比例尺得到。运行图中相邻两个实体车站中心线的距离与实际情况中两车站的实际距离的比例符合运行图比例尺约束。依据比例尺在有轨电车运行图上画出各个实体车站位置。

运行图上对于虚拟车站的处理，考虑到城市有轨电车车站间距通常在800m至1.5km，而城市交叉口的区域长度大小约为50m至100m这一数量级，甚至有的小交叉口区域长度大小小于50m范围。若大约50米的交叉口区域距离与大约1.5km的城市有轨电车车站间距两种距离通过同一种比例尺缩小，则在运行图上难以清晰显示交叉口区域情况，而此部分情况包含了城市有轨电车运行的核心要素，因此需要设置专门的交叉口区域放大系数，来保证交叉口区域的清晰显示。该放大比例以能够清晰在运行图上显示交叉口区域状况，且不会使得运行图在表达交叉口区域时候变得不清晰为标准。使用基准比例尺与放大系数，确定并绘制虚拟车站在运行图图纸纵坐标处位置，并用虚拟车站中心线对虚拟车站进行表述。在用于表示共享路权交叉口两个虚拟车站所夹的虚拟区间内，按照交叉口信号配时方案转换为有轨电车是否允许进入交叉口授权的时序序列。

平面交叉口如图1所示。有轨电车行驶方向为方向B，与之冲突的地面车流方向为方向A。该交叉口的相位为两相位，相位方案与配时如图2、图3所示。该配时方案由相位A与相位B组成一个周期，并以每个周期循环往复。可以得到周期的时间起点，则交叉口信号配时方案转换为运行图上的有轨电车是否允许进入交叉口授权的时序序列如图4所示。根据授权时序序列，得到有轨电车运行图绘制坐标底图，如图5所示。

步骤2：获得列车运行方案规定的列车在每个实体车站的到达、出发和通过时刻，在折返站的停留时间。为了保证安全，相应的时间间隔不得小于一个规定的最小值。如图4所示，某列有轨电车到达B车站的时刻为时刻t3，列车在车站A与车站B之间的运行时分为t3-t2，此列有轨电车必须从A车站出发的时刻为t1。

步骤3：将每列列车在实体车站的到达、出发、通过时刻，在运行图上标记，将同一列列车的这些时刻点连线；从清晨第一辆巡道车起，至晚间末班车为止，编制时每列列车自列车出库起，从始发站一直铺画到折返站，经过一定作业后，由折返站返回。得到的有轨电车运行图示意图如图6所示。有轨电车运行图是有轨电车运行过程中有轨电车位置与时间关系的全息记录。根据上述所编制的有轨电车运行图可以生成有轨电车时刻表。具体生成方法为：根据运行图，选择某个实体车站中心线，依次读取有轨电车列车到达与离开该车站的时刻并记录为一张表格，此表格即为有轨电车在该车站的到达与离开运行时刻表。图7为一张有轨电车运行图示意图，可以从图中得到有轨电车运行线1到达实体车站A的时刻为t1，离开实体车站A的时刻为t2；到达实体车站B的时刻为t3，离开实体车站B的时刻为t4。此4个时刻已经在图中用虚线圆圈进行标注。根据此4个时刻，可以生成有轨电车1在车站A与车站B的时刻表，如表1所示。

表1有轨电车时刻表

到达时刻有轨电车1离开时刻t1车站At2t3车站Bt4

步骤4：交叉口配时方案，交叉口信号配时方案不仅与原有道路信号控制系统配时方案相关，也与有轨电车到达、离开交叉口时刻相关。有轨电车通过交叉口的时间，也即有轨电车占用交叉口的时间等价于从运行图上读出的有轨电车列车到达与离开虚拟区间的时刻之差，即读取到的虚拟站台A时刻与虚拟站台B时刻之差。

为了保证有轨电车能够以最高优先等级通过共享路权条件下的道路交叉口，不受到交叉口信号配时影响增加通过延误，因此就要求在上述通过虚拟区间过程所的时间段内，交叉口信号配时方案对有轨电车开放，即不论路面交通采用何种配时方案，都必须要保证此时刻内对有轨电车开放。交叉口A相位通行时刻为红灯时刻，此时B相位不允许通过，交叉口B相位通行时刻为绿灯时刻，此时A相位不允许通过。

方案1：红灯早断控制策略，红灯结束时刻由原来的时刻t2提早至时刻t1，此方案绿灯时间为t1-t3。

方案2：绿灯延迟控制策略，绿灯结束时刻由原来的时刻t3推迟至时刻t4，此方案绿灯时间为t4-t2。

根据有轨电车运行图上标注的每一列列车在站台上的通行时间，将有轨电车通过交叉口的情况归纳为如下三种情况，依据图8进行分类叙述。

有轨电车通过时间如情况一所示时，有轨电车到达与离开交叉口时间均落在原有配时方案绿灯时段区间内，因此有轨电车可以不受交叉口既有信号配时方案影响，以最高优先等级无干扰通过交叉口。

有轨电车通过时间如情况二所示时，有轨电车到达交叉口的时刻落在时间区间内，此时原有信号配时方案有轨电车方向为红灯。若交叉口仍以原有配时方案运行，则有轨电车到达交叉口将会受到交叉口信号干扰，造成停车等待，此时有轨电车不能以最高通行等级通过交叉口。因此，需要在此时启动红灯早断控制策略，选择红灯早断的配时方案(方案1)，红灯结束时刻由原来的时刻提早至时刻，此方案绿灯时间为，保证在有轨电车通过交叉口时候不受信号交叉口信号控制影响造成延误，实现有轨电车通过交叉口的最高优先级。

有轨电车通过时间如情况三所示时，有轨电车完全出清交叉口的时刻落在时间区间内，此时原有信号配时方案将会使得有轨电车还未出清交叉口区域就变为红灯，此时冲突方向道路交通车辆将会放行，造成冲突方向车流同时进入交叉口，难以保证交叉口区域安全。因此，需要在此时启动绿灯延迟控制策略，选择绿灯延迟的配时方案(方案2)，绿灯结束时刻由原来的时刻推迟至时刻，此方案绿灯时间为，保证在有轨电车在未出清交叉口时候冲突方向车流无法进入交叉口，确保了交叉口区域的安全以及有轨电车以最高优先等级安全通过交叉口区域。

因此，为了实现有轨电车通过交叉口区域的优先通行，本发明根据得到的有轨电车运行图电车时刻，调配交叉口区域的红绿灯信号配时。得到最终的满足有轨电车能够优先通行的交叉口信号配时方案。

此外，在编制运行图时还存在运行图编制约束：在铺画详图时，要注意确保行车安全和乘客的乘降安全。为此，必须做到：

(a)遵守列车区间运行时分和列车停站时间标准；

(b)遵守列车在折返站停留时间标准；

(c)遵守追踪列车间隔时间和车站间隔时间标准；

(d)遵守乘务员连续工作时间标准；

(e)列车在车站折返时，同时停在折返站上的列车数应与该车站的线路数相适应；

(f)列车在车站会车和越行时，同时停在车站的列车数应与该车站的到发线数相适应。

(g)有轨电车列车在交叉口区域运行时，运行线经过共享路权交叉口(即相邻虚拟车站的虚拟区间)相交的时段应尽量保证落在原有交叉口信号配时方案中有轨电车方向通行时段内，即运行图绿色区域内。

对编制好的有轨电车运行图进行运行图编制检查：铺画好新运行图后，需要对运行图编制质量进行全面检查，检查的内容包括：

(1)运行图实施所需的车底数量；

(2)乘务工作方案是否超过规定标准；

(3)在夜间需要铺设维保、检修、调试列车时，要保证列车的发车与收车不与正常运营时间相冲突；

(4)对于共享路权条件下的有轨电车运行图，还需要检查编制的运行图是否与原有道路交通信号配时方案相冲突，能否保证有轨电车以最高优先级通过交叉口。

对于检查中发现的某些问题，需要返回到初始运行图对某些运行线重新修正，直到得到满意的运行图。

本发明的优点：解决了传统运行图不能够表示城市交叉口这一缺陷，通过本发明，可以将城市交叉口信号配时方案对有轨电车运行的影响在运行图上进行描述与展示，同时还可以根据有轨电车运行图得到有轨电车通过城市交叉口的时刻，为交叉口信号协调控制提供依据。考虑到表示清晰，本发明还提出了在同一张有轨电车运行图上采用不同比例尺分别表示车站间距与城市交叉口区域，使得运行图能够将城市交叉口这类小尺寸但是需要重点关注的要素清晰表示。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。