德國現(xiàn)代有軌電車平交口信號優(yōu)先

虞笑晨

(德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué))

德國現(xiàn)代有軌電車平交口信號優(yōu)先

虞笑晨

(德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué))

有軌電車交叉口信號優(yōu)先既作為大力發(fā)展公共交通的舉措之一,因此成為有軌電車交叉口信號控制中最熱門的話題。各個擁有有軌電車的城市和相關(guān)設(shè)計單位研究機(jī)構(gòu)都對其進(jìn)行了各種探索。但是由于中國許多交叉口長期處于定時控制,因此對于靈活感應(yīng)控制和有軌電車信號優(yōu)先的技術(shù)還不是太成熟,并且對于其中一些細(xì)節(jié)和理念問題還存在理解上的誤區(qū)。相比之下,德國自上世紀(jì)80年代以來就不斷地探索有軌電車的交叉口信號優(yōu)先,并隨著智能交通系統(tǒng)的不斷深化,在這方面的Know-how也日趨完善。

有軌電車;平面交叉口;信號控制;德國經(jīng)驗

1　德國有軌電車平面交叉口信號優(yōu)先控制要點(diǎn)

有軌電車信號優(yōu)先可以說是在有軌電車信號控制技術(shù)中最熱門的話題,尤其是在智能交通不斷推進(jìn)的今天,有軌電車或者說公交的信號優(yōu)先是智能交通的一個代表。在細(xì)致地介紹德國有軌電車信號優(yōu)先方面的經(jīng)驗之前,先對德國在有軌電車信號優(yōu)先領(lǐng)域的特點(diǎn)作個概述。

首先,和國內(nèi)不同,德國擁有大量的交通工程的設(shè)計單位和設(shè)計機(jī)構(gòu),其注重的不僅是平時土建學(xué)科所提及的“建造”層面,而是對交通流的預(yù)測、運(yùn)營和管理。正因為有了這個基礎(chǔ),所以德國幾乎每個交叉口都有自己獨(dú)特的信號控制方案,以及有軌電車信號優(yōu)先方案。在信號方案出臺之前,會對每個交叉口進(jìn)行長期的考察,一方面對交叉口的交通流、交叉口等各種交通現(xiàn)狀做出分析和數(shù)據(jù)整理;另一方面要協(xié)調(diào)各個交通參與者的利益,探究通過信號方案究竟想達(dá)到哪種目的或者說在設(shè)計中哪些交通參與者的利益相對比較重要,比如究竟是有軌電車優(yōu)先重要呢還是主干道上汽車的綠波重要。因此在下文中具體討論德國有軌電車信號優(yōu)先方案是沒有意義的,重要的是將其共同遵循的一些方法和理念進(jìn)行探討。

其次,德國當(dāng)今使用的有軌電車信號優(yōu)先方案都是基于實時的感應(yīng)信號控制來實現(xiàn)的。即對每個交叉口的有軌電車、公交巴士、社會車輛、行人等各種交通參與者通過感應(yīng)器來獲取其相應(yīng)的交通需求,其需求通過交通工程師預(yù)先設(shè)計好的信號控制程序和方案來實現(xiàn)信號的變化。

從這個角度來看,一則,驗證了上述所介紹的,每個交叉口都有適合于自己獨(dú)特的信號控制方案,因為對于同樣的交通需求,不同的程序給出交通信號控制結(jié)果會截然不同。二則,從中不難發(fā)現(xiàn)有軌電車的時刻表原則上只和有軌電車公司調(diào)度和運(yùn)營有關(guān),而與其信號優(yōu)先并無太大關(guān)系。其實,和國內(nèi)討論的熱火朝天的“on time”和“in time”兩種優(yōu)先方式一樣,在德國的有關(guān)規(guī)范中也提到,在有軌電車信號優(yōu)先中最好僅給予晚點(diǎn)的有軌電車優(yōu)先權(quán),對于準(zhǔn)點(diǎn)甚至早到的有軌電車并不給予其優(yōu)先權(quán),以減少對其他交通參與者的負(fù)面影響。誠然,理論上這種方式較為優(yōu)越,但其實際意義不大,主要從這幾方面可以看出:其一,擁有豐富駕駛經(jīng)驗的有軌電車司機(jī),應(yīng)當(dāng)能夠在行駛中比較好地控制運(yùn)營速度,并不會出現(xiàn)有很大程度的早到,即使出現(xiàn)1～2 min的提前到達(dá),完全可以通過有軌電車司機(jī)在站臺上的等候來完成;其二,在當(dāng)下如此繁忙和復(fù)雜的城市交通情況下,出現(xiàn)晚點(diǎn)的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于早到,所以需要優(yōu)先的情況居多;其三,在交叉口感應(yīng)信號控制方案中不僅要考慮有軌電車優(yōu)先,還要考慮公交大巴優(yōu)先,以及其他交通參與者的利益,而且在城市中往往有許多公交線路同時經(jīng)過某個交叉口,并且這些公交線路的優(yōu)先級別可能存在差異,因而在如此復(fù)雜的信控條件下再考慮其晚點(diǎn)與否,會給原本已相當(dāng)復(fù)雜的信控方案雪上加霜,而且如果當(dāng)時刻表發(fā)生變化,在信號機(jī)里的數(shù)據(jù)必須重新錄入,這無疑從管理和操作層面都帶來很大的工作量;其四,雖然不是很重要的原因,但也不得不提,信號優(yōu)先的目的是減少加減速和速度變化帶來的能耗和旅客的不舒適性,換而言之,希望在有軌電車運(yùn)營過程中避免不必要的頻繁加減速。所以,出于這些因素的綜合考慮,在實際工程中很少在德國有軌電車信號優(yōu)先中較少考慮時刻表和是否晚點(diǎn)情況。三則,在德國交叉口的感應(yīng)控制一般為全感應(yīng)控制,這包括兩個層面的意思:一是指,所有交通參與者的情況和需求都會通過感應(yīng)器收集,所有的交通參與者原則上都有相應(yīng)的感應(yīng)設(shè)備,而不是僅僅有軌電車或公交被定位;二是指,所有交通參與者的情況都會由一個復(fù)雜而全面的邏輯程序綜合考慮,通過預(yù)先設(shè)計好的信控方案,對交叉口的信號燈時長進(jìn)行及時調(diào)整,而不是在有些文獻(xiàn)中看到的有軌電車和社會車輛是通過兩套控制系統(tǒng)分別控制的。

再者,和國內(nèi)經(jīng)常討論的“點(diǎn)控、線控和面控”概念相類似,在德國有軌電車信號控制方面也存在著“微觀”和“宏觀”控制兩個層面。顧名思義,微觀指的是某一個特定交叉口的信號優(yōu)先方案,而宏觀指的是某個交叉口帶或某個路網(wǎng)中所有交叉口的優(yōu)先方案,有些文獻(xiàn)稱之為“有軌電車的綠波”。在德國的有關(guān)規(guī)范中也明確指出,有軌電車在上一個交叉口獲得的信號優(yōu)先,不應(yīng)該在下一個交叉口被阻塞而浪費(fèi),因此有軌電車綠波這個概念也應(yīng)運(yùn)而生。但在實際操作工程中,由于市區(qū)內(nèi)一方面社會車輛本身存在綠波,另一方面有軌電車會很頻繁地在交叉口附近停站,因此這種“有軌電車的綠波”這個概念在實際背景下可實現(xiàn)性較小。取而代之的是兩種理念:一來,只要保證有軌電車在每個交叉口能獲得優(yōu)先,那么在整個交叉口帶上獲得的疊加結(jié)果必然是信號優(yōu)先的;二來,與其去設(shè)計“有軌電車綠波帶”,不如去讓有軌電車的優(yōu)先嵌入到社會車輛的綠波中去更為合理。由這兩個理念結(jié)合德國每個交叉口都有獨(dú)立信控方案的背景可以推論:在設(shè)計有軌電車信號優(yōu)先時就應(yīng)該根據(jù)交叉口的實際交通情況考慮其“優(yōu)先度”,如果沒有先期的交通調(diào)查,而一味地追求有軌電車絕對優(yōu)先是沒有意義的。

1.1信號控制邏輯(流程圖)

圖1中所呈現(xiàn)的流程圖正是德國信號機(jī)中的程序示例,也是感應(yīng)控制能夠?qū)崿F(xiàn)的內(nèi)核。就是說所有設(shè)計師的理念最后都將通過制作這樣一張流程圖來得以實現(xiàn)。當(dāng)然前文已經(jīng)說過,德國每個交叉口都有獨(dú)立的信號控制(優(yōu)先)方案,因此這里要介紹的是德國信號控制邏輯中比較普遍的特點(diǎn)。

圖1　信號控制流程圖

首先,其邏輯判斷順序是決定交通參與者是否被優(yōu)先考慮的關(guān)鍵環(huán)節(jié),最早被判斷的則具有最高優(yōu)先權(quán),因為只要它有需求,邏輯程序就會執(zhí)行相應(yīng)的下一步命令;而最后被判斷的則具有最低優(yōu)先權(quán),即當(dāng)其他交通參與者沒有出現(xiàn)或說沒有需求時,它的需求才會被邏輯程序考慮?；谶@個原理,在德國的信號控制流程圖中會出現(xiàn)這樣幾個現(xiàn)象:有軌電車總是最先被判斷,因為它具有最高的優(yōu)先權(quán);在交叉口前不設(shè)站的有軌電車最先被考慮,因為在交叉口前設(shè)站的公交延誤可以用于“二次上下車”;在判斷中交叉口某個進(jìn)口出現(xiàn)有軌電車或公交的數(shù)量原則上不影響優(yōu)先權(quán),因為邏輯判斷條件總是對于每一個交通對象順序進(jìn)行的,只有處理完第一輛公交車才會處理下一個的需求。

其次,德國在公交信號優(yōu)先方案中很普遍使用的一套方案是“主方向常綠”(德語: Hauptrichtung Dauergrün),這種設(shè)計適用于主方向和側(cè)方向(橫向)上的交通量有比較明顯的差異。具體內(nèi)容就是指:當(dāng)側(cè)方向有交通需求時,并且主方向上滿足一定的條件(比如:無有軌電車,主方向車輛有較大車頭時距)時,側(cè)方向的綠燈才會對其開放。其普遍性是源于這樣一個事實:有軌電車經(jīng)常在主干道上運(yùn)營,即有軌電車和主方向的社會車輛具有相同的需求。在這種前提下,“主方向常綠”的方案既能保證主方向上的車流的順暢性(或綠波)也能兼顧有軌電車信號優(yōu)先。

1.2有軌電車信號請求

有軌電車信號請求即通過預(yù)先設(shè)定的信號定位點(diǎn),將有軌電車到達(dá)的信息發(fā)送到信號機(jī)中的邏輯程序中,以便實現(xiàn)其信號優(yōu)先。

在信號請求點(diǎn)設(shè)置中,(主)信號請求點(diǎn)(英語: (main)request detection;德語:(Haupt-)Anmeldung)和請求取消點(diǎn)(英語:cancellation detection;德語: Abmeldung)是必須的,其作用是分別確定有軌電車的到達(dá)和離開,以便及時采取和取消有軌電車優(yōu)先的需求?！?]

隨著今天交叉口情況的復(fù)雜化,一個單獨(dú)的(主)信號請求點(diǎn)往往不足已滿足邏輯控制的需要,也就是說單獨(dú)的信號請求點(diǎn)可能會較大地影響其他交通的利益,所以要額外地設(shè)置一個或多個預(yù)請求點(diǎn)(英語:advance detection;德語:Voranmeldung)。其在邏輯程序中的主要作用是提供一個“冗余度”,即尋找一個有可能的有軌電車相位或綠燈開放點(diǎn),當(dāng)有軌電車到達(dá)主信號請求點(diǎn)才真正開放有軌電車相位,以減少因優(yōu)先而引起的其他交通參與者負(fù)面作用;如果有軌電車長時間未到達(dá)主信號請求點(diǎn),邏輯程序會暫時截斷其優(yōu)先權(quán),并再次尋找其優(yōu)先機(jī)會。

如果當(dāng)有軌電車在交叉口前存在較大的不確定因素,如乘客數(shù)量波動較大的站臺,那么前面的請求點(diǎn)的提供的信息可能因為上下客時間的波動而產(chǎn)生較大誤差,因而需要在停站結(jié)束后設(shè)立額外的信號請求點(diǎn)來彌補(bǔ)這個缺陷,這種請求點(diǎn)可以是主動的(“停站關(guān)門請求”),也可以是被動的。前者是通過駕駛員在上下客結(jié)束后按相關(guān)按鈕發(fā)送信號請求信號,后者可以通過在站臺后1～2 m的地方放置請求點(diǎn)。

這些請求點(diǎn)的作用在德國交通信號控制規(guī)范中也有詳細(xì)介紹,有興趣的讀者可以自行閱讀。但是在規(guī)范中沒有涉及,而在實際中很重要的問題是:究竟在哪里放置請求點(diǎn)?對于信號請求點(diǎn)的放置十分復(fù)雜,因為它不是一成不變的,而是和信號控制方案(邏輯程序),以及有軌電車的優(yōu)先度比密切相關(guān),其主要原則是:在最不利的情況下,有軌電車還是能順暢的通過交叉口?！白畈焕那闆r下”指的是有軌電車請求時,到開放有軌電車綠燈需要最長時間的情況,比如在有軌電車相位剛切斷時收到下一輛有軌電車的請求(相位轉(zhuǎn)換時的請求)。其具體計算可以用最簡單的一個信號請求點(diǎn)的例子來說明,假設(shè)最不利的情況下,從有軌電車發(fā)出請求到開放有軌電車綠燈需要20 s,而有軌電車限速50 km/h時,其信號請求點(diǎn)應(yīng)放置在交叉口前320 m處,才能使有軌電車順暢地通過(見下式)。

在式子中,3 s被稱為視覺時間,其設(shè)置的理由是:有軌電車信號優(yōu)先不僅指有軌電車在交叉口前不停車,而是指有軌電車在通過交叉口時沒有明顯的減速,因而這3 s的視覺時間保證了有軌電車司機(jī)在采取剎車措施以至接近停車前便獲得綠燈。從這個例子過程中還可以證明,“在最不利情況下”所設(shè)置的請求點(diǎn),雖然能實現(xiàn)絕對信號優(yōu)先,但會提供的大量“時間冗余度”,以造成其他交通參與者的服務(wù)水平的下降。在這種情況下一般要做一個判斷:即這樣的設(shè)置信號請求點(diǎn)所開放的綠燈會不會對其他交通參與者造成明顯的不利,比如大量擁堵。如果影響很大,那么就必須設(shè)置預(yù)信號請求點(diǎn)或者說時間計數(shù)器以延緩綠燈開放時間。

此外,對于“最不利情況”在此也應(yīng)做出相應(yīng)的解釋,這種最不利情況并不一定是實際運(yùn)營中真正的最不利情況,換而言之,有些“最不利的情況”因為出現(xiàn)概率很小可以忽略不計,其出現(xiàn)的情況只能作為突發(fā)/特殊狀況來對待。最典型的例子就是因為有軌電車運(yùn)營都有時刻表,根據(jù)時刻表幾乎不會出現(xiàn)一個方向有軌電車剛?cè)∠埱?就出現(xiàn)另一個方向有軌電車的請求,那么此時這種情況即使是真正“最不利”的,也應(yīng)該作為小概率事件而排除在外。

相比復(fù)雜的請求點(diǎn)放置的討論,取消請求點(diǎn)在德國無疑直接放置在停車線以后,也就是說有軌電車車頭一駛出停車線就發(fā)出取消請求的信號。目的是及時截斷有軌電車的綠燈以減少因其信號優(yōu)先造成的其他交通參與者的延誤,同時也能夠準(zhǔn)確地定位,知曉有軌電車的離開,可以為下一個交叉口的信號優(yōu)先做準(zhǔn)備。因為往往前一個交叉口的取消請求點(diǎn)就是下一個交叉口的信號請求點(diǎn)。當(dāng)然其前提是綠燈間隔時間是保證有軌電車安全的。

其實在停車線后就放置取消請求點(diǎn)還有個好處,就是能夠準(zhǔn)確定地位有軌電車是否駛出停車線或者說是否在交叉口前出現(xiàn)突發(fā)的延誤,比如上下車時間過長。試想,如果取消信號請求點(diǎn)放置過遠(yuǎn)的話,如沈陽的取消請求點(diǎn)基本放在駛出交叉口35 m處,往往有軌電車從駛出停車線到該點(diǎn)需要很長時間,那么會造成其他交通參與者的大量延誤;另外,如果信號機(jī)長期沒有收到取消請求信號時,很難判斷有軌電車是在交叉口前(停車線前)還是在駛?cè)虢徊婵跁r出現(xiàn)的延誤。在考慮強(qiáng)制取消請求的時間時會就此遇到一個矛盾,如果不考慮有軌電車從停車線到取消請求點(diǎn)的距離時,那么經(jīng)常會出現(xiàn)有軌電車正準(zhǔn)備啟動,其綠燈被截斷,從而造成前面用于有軌電車信號優(yōu)先已被延長的綠燈時間的浪費(fèi);如果考慮有軌電車從停車線到取消請求點(diǎn)的距離時,再遇到交叉口前停站的情況時,那么就對其他交通參與者影響過大。

1.3(綠燈)信號提前介入

當(dāng)有軌電車靠近交叉口時,如果此時司機(jī)看到前方信號仍然顯示紅燈,勢必會根據(jù)有軌電車的速度,以及與交叉口之間的距離選擇電車滑行或剎車甚至接近停車,用以保證行車安全,等待綠燈亮起,重新加速。這樣頻繁的加減速既增加能耗和乘客的不舒適度,也增加行車延誤時間。上文論述過信號優(yōu)先的一個重要原則,有軌電車的信號優(yōu)先不僅表示有軌電車不停車地通過交叉口,甚至還要求在靠近交叉口時盡可能地不出現(xiàn)明顯的減速。進(jìn)一步觀察圖2、圖3中的連續(xù)線和折斷線,其分別表示希望達(dá)到的理論行車軌跡和實際的行車軌跡。很明顯,折斷線中有明顯的拐點(diǎn),并且晚于連續(xù)線到達(dá)。

圖2　有軌電車實際行車軌跡和理論行車軌跡對比圖

圖3　有軌電車早起綠燈原理示意圖

對于如何解決這個問題,德國通過長期的實踐,總的來說道理很簡單,就是讓司機(jī)盡早地能夠看到綠燈。那么究竟應(yīng)該如何實現(xiàn)?而綠燈又該提前多少時間開放呢?對此,在德國的有關(guān)規(guī)范中主要介紹了三種方法:

1.3.1方法一:早起綠燈(英語:leading green;德語:Vorfreigabezeit)

方法一是最簡單也是最好理解的方法,既然希望有軌電車司機(jī)能夠盡早看到綠燈,那么就提前開啟綠燈。如圖4所示,盡管信號燈(停車線)位于B點(diǎn),但當(dāng)有軌電車經(jīng)過A點(diǎn)時,B處就開啟綠燈。那么這個提前的“量”究竟是多少呢?柏林工大的博士對于以50 km/h 行駛的有軌電車做過研究,對于不同的綠燈提前開啟量,在圖中繪制出不同時間——距離線,很明顯,對于50 km/h行駛的有軌電車,只有6 s和8 s的提前綠燈時間差別不大,也就是說大于6 s的提前綠燈效果開始不那么明顯。

圖4　不同早起綠燈時間對50 km/h限速的有軌電車延誤時間的影響曲線圖

對于這個研究成果的擴(kuò)展,在德國的有關(guān)規(guī)范中對于各個行駛速度下的有軌電車提前綠燈的最小值和一般值給出了推薦,見表1所列?？梢?如果對于50 km/h 的有軌電車提前綠燈最少要6 s,一般為9 s,如果再考慮綠燈間隔時間的話,與其沖突相位的車流將很早被截斷,無疑其服務(wù)水平會大幅度下降。

表1　有軌電車不同限速下的早起綠燈最小值和一般值一覽表

1.3.2方法二:通告信號(英語:advance signal;德語:Ankündigungssignal)

為了減少提前綠燈帶來較大的負(fù)面影響,在方法二中采用通告信號來改善這種情況,其實質(zhì)就是一種有軌電車的紅黃燈形式,即圓點(diǎn)信號F4 (黃燈)和水平橫杠信號F0(紅燈)同時亮起,其持續(xù)時間為2～3 s左右。這2～3 s的時間主要用于增加沖突車流的綠燈時間,改善其車流,同時有軌電車司機(jī)看到紅黃燈也會選擇不減速,繼續(xù)前行,見圖5所示。

圖5　有軌電車預(yù)告信號原理示意圖

1.3.3方法三:提前(預(yù))信號(英語:presignal;德語:Vorsignal)

這種方法來源于真正的鐵路系統(tǒng),因為鐵路系統(tǒng)速度快,減速度小,為了提升安全和效率,在主信號之前一段距離增設(shè)另一個預(yù)信號,以提醒駕駛員提早對主信號的信息做準(zhǔn)備。同理,在有軌電車到達(dá)交叉口的路段上,增設(shè)一個預(yù)信號燈,其和主信號等之間的距離由時間——速度關(guān)系確定。平時預(yù)信號處于“暗”的狀態(tài),當(dāng)感應(yīng)到有軌電車即將到達(dá)時,即使亮起,在通過預(yù)信號后,預(yù)信號應(yīng)即使再次“暗”下,以便迎接下一輛有軌電車的到達(dá)?；谶@個原理,必須在預(yù)信號后增設(shè)一個感應(yīng)器,用于感知有軌電車的駛離。這樣當(dāng)有軌電車司機(jī)看到預(yù)信號燈時便知曉主信號燈信息,以避免不必要的減速。同時,沖突車流能夠賺取更多的綠燈時間。

但是為了避免安全問題,所以當(dāng)預(yù)信號綠燈亮起的那一刻(A點(diǎn)),沖突車流的綠燈同時結(jié)束,否則會出現(xiàn)信號控制中的一種怪現(xiàn)象:有軌電車司機(jī)準(zhǔn)備以高速甚至加速通過前方交叉口,而沖突車流還在交叉口“橫行”。

相比前兩種方式,提前信號的方式不僅對沖突車流的綠燈損失最小,也無形中增加了有軌電車司機(jī)的視距,因為方法一中早起綠燈再多,司機(jī)的視距總是有限的,而預(yù)信號通過前移了信號位置,增加了視距。當(dāng)然缺陷較為明顯,一方面對于設(shè)備維護(hù)花費(fèi)增加(如增設(shè)的感應(yīng)器和預(yù)信號燈),更重要的是在設(shè)計信號內(nèi)置邏輯程序時要復(fù)雜很多,見圖6所示。

圖6　有軌電車提前信號原理示意圖

1.4有軌電車信號優(yōu)先和側(cè)向行人過街

“側(cè)向行人過街”,在此其實包含兩個問題:一則,是由于有軌電車信號優(yōu)先而使得側(cè)向過街行人等候時間增加,如何協(xié)調(diào)兩者關(guān)系?二則,由于有軌電車站臺設(shè)置在路中央,而且往往直接在交叉口前/后停站,因此如何讓乘客及時地到達(dá)車站是值得思考的,否則容易造成亂穿馬路而引發(fā)的交通隱患。然而這兩個問題盡管處理上有不盡相同的地方,但在信控方法上往往有交融重疊部分,很難剝離,因此在此將兩者一并討論。

另外,有軌電車站臺行駛無論從道路走向(縱向)還是從橫斷面(橫向)上觀察,都有各種不同組合形式,其分別相互影響著有軌電車的信號控制及信號優(yōu)先,所以作為一個如此龐大和綜合的話題在此不能完全解釋清楚。因此在此主要解釋兩個問題:一是站臺從縱向看在交叉口前后有對有軌電車信號控制或優(yōu)先有什么優(yōu)劣之分;二是德國到底怎么處理行人過街/行人到站臺和有軌電車信號優(yōu)先之間的關(guān)系。

就第一個問題而言,其實很多參考文獻(xiàn)中都有闡述,這里再重申總結(jié)一下。當(dāng)有軌電車的站臺在交叉口之后,原則上對于有軌電車信號優(yōu)先來說比較有利,因為乘客上下車的時間不用在設(shè)計信號優(yōu)先程序時考慮在內(nèi),在有軌電車迅速的通過交叉口后側(cè)向交通立即可以開放,同時下車的乘客可以隨側(cè)向車的綠燈開放過街到達(dá)道路兩側(cè)。但是對于需要到站上車的乘客來說,綠燈開放的時間是否足夠早,使得其在有軌電車駛離之前就能到達(dá)站臺,是需要探討的一個話題,否則的話容易引起隨便過街趕車的情形。另外從有軌電車運(yùn)營的角度來說,如果在有軌電車比較繁忙的交叉口后面設(shè)站的話,往往會因為站臺長度不夠,使得后面有軌電車在交叉口前等待,從而造成信號優(yōu)先而有軌電車卻無法駛?cè)虢徊婵谠斐删G燈延長的浪費(fèi)。

當(dāng)有軌電車在交叉口前停站,一方面上下客時間的波動給有軌電車信號優(yōu)先時間計算帶來難度,另一方面往往因為等待有軌電車的優(yōu)先使得側(cè)向車輛長延誤時間大大增加。當(dāng)然其好處是,當(dāng)有軌電車信號優(yōu)先不能及時實現(xiàn)時,在車站的延誤等候時間恰好可以用于晚到的乘客趕上有軌電車。這在今天繁忙的交通流情況下尤其有效,因為有軌電車的絕對優(yōu)先由于受各種因素限制比較難實現(xiàn)。

那么在大致討論了有軌電車站臺位置和信號控制之間關(guān)系以后,可以進(jìn)一步討論一下德國對于過街行人,以及有軌電車乘客在信號控制中的大致幾種做法。

最簡單的方法是利用轉(zhuǎn)彎相位盡可能地多次開放路側(cè)到中間車站的過街的人行橫道線中的一條,使得乘客有更多的機(jī)會到達(dá)站臺,并且這種方法無論是感應(yīng)信號還是定時信號情況下都能使用。它尤其對兩主干道相交的交叉口特別適用,因為一方面兩主干道相交時左直車流分開放行,存在大量僅對轉(zhuǎn)彎車輛開放的相位;另一方面,在主干道相交時兩個方向的車流都必須在周期中放行一次,所以行人一般不用感應(yīng)器(需求按鈕)而隨車流過街。因此這種二次過街的方式可以增加乘客到達(dá)車站的可能性。雖然這種方法往往對需要過街的行人不是特別有利,即他們必須在站臺上等待“二次過街”,但對去車站的乘客卻是有利的。當(dāng)然這種方法前提條件還是要提供“二次過街”的信號燈組,即站臺兩側(cè)的人行道分別受兩個信號燈組獨(dú)立控制,以為相位分開提供可能性。

其次,有效地控制行人的等候時間也是協(xié)調(diào)有軌電車信號優(yōu)先和行人延誤之間關(guān)系的重要手段。根據(jù)對每個城市、每個交叉口的理念和交通需求不同,處理上會大不相同。比如一般柏林比較重視有軌電車信號優(yōu)先,因此往往用較長時間的行人延誤換取有軌電車的最高優(yōu)先權(quán);而達(dá)姆施塔特市比較重視行人的利益,因此有時候會因為行人過街的需要而截斷有軌電車信號優(yōu)先。當(dāng)然這種方法的核心是:行人可忍受的等候時間極限值。如果其值過小,那么主方向上的有軌電車和車流的通行經(jīng)常會被側(cè)向行人截斷,這對于有軌電車量比較大的交叉口特別不利。但如果行人等候時間過長,自然會造成行人隨便過街。

再者,為了有利于行人到達(dá)站臺,或者說側(cè)向行人利益特別重要(比如側(cè)向行人數(shù)量特別大)往往可以在有軌電車信號請求后先開放側(cè)向(行人方向),再開放有軌電車相位,這一方面減少行人及側(cè)向車流等候時間,另一方面也有利于乘客過街到達(dá)站臺。這尤其利于有軌電車站臺在交叉口前的情況,因為無論如何有軌電車在站臺前都要停車。當(dāng)然如果有特殊需要,即該地區(qū)行人利益特別重要,即使站臺在交叉口后也可以使用這種方法,當(dāng)然要在設(shè)計中預(yù)留一定的時間空間給有軌電車,以免有軌電車總是在交叉口前停車。

2　德國有軌電車信號優(yōu)先方法對中國適用性的探討

對于有軌電車信號優(yōu)先的一個核心是信號控制的邏輯程序,因為從德國經(jīng)驗來看它決定著和有軌電車信號優(yōu)先有關(guān)的其他各個方面,比如信號請求點(diǎn)的放置、信號優(yōu)先方法的應(yīng)用。對此,需要大量的交通工程人才去設(shè)計相關(guān)的程序,還需要大量的交通工程師實地調(diào)查當(dāng)?shù)氐慕煌ㄐ枨蠛徒煌髑闆r,以便寫出適合這個交叉口的邏輯程序,并且在使用該方案后還要跟蹤調(diào)查。因為有軌電車作為中國當(dāng)代交通的一個發(fā)展項目,勢必在投入后改變著人們的出行目的、出行方式等宏觀交通數(shù)據(jù),為了能使設(shè)計的交叉口信控程序能夠適應(yīng)不斷變化的交通需求,所以設(shè)計使用后的后續(xù)調(diào)查也十分重要。

至于有軌電車的提前綠燈介入,各種措施似乎都不適合中國實際情況,但是無論如何這種理念特別重要,即有軌電車信號優(yōu)先要求有軌電車沒有明顯減速的情況下通過交叉口,而不是到達(dá)交叉口接近停止時方才開啟綠燈。至于形式上,筆者認(rèn)為不必拘泥于德國方法,而且中國像沈陽渾南有軌電車運(yùn)行的交叉口還有紅燈倒計時,其作用本身就可以接近于綠燈提前開放。當(dāng)然紅燈倒計時和綠燈提起開放之間的關(guān)系及其對綠燈間隔計算(駕駛行為的改變)可能產(chǎn)生的影響還值得繼續(xù)探討。

最后對于處理有軌電車信號優(yōu)先和行人之間的關(guān)系也是一個刻不容緩的話題,無論從交通安全本身還是從有軌電車在中國接受度和可持續(xù)發(fā)展的角度來看這個問題都不容忽視。尤其對于中國來說,因為對于乘客沒有公開的時刻表,所以乘客根本不知道有軌電車的到達(dá)時間,只要等待時間一長,勢必造成亂穿馬路。當(dāng)然中國的有軌電車信號優(yōu)先或者說公交信號優(yōu)先還處在初級階段,所以行人的利益可以暫時通過幾個交叉口開展研究項目,以此為切入口再進(jìn)一步發(fā)展。另外有軌電車軌道和站臺作為基礎(chǔ)設(shè)施一旦建造完成很難在短時間內(nèi)拆除再造,并且信號控制對于道路基礎(chǔ)設(shè)施的作用是有限的,所以建議在這些基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計之初,便要考慮到道路基礎(chǔ)設(shè)施和信號控制之間的相互關(guān)系,或者說行人在有有軌電車通過的交叉口的利益,以免浪費(fèi)不必要的財力、人力和時間成本進(jìn)行改造。

3　建議和總結(jié)

有軌電車交叉口信號優(yōu)先作為熱門話題在國內(nèi)的有軌電車運(yùn)行中都有不同程度的探索,在這其中也邀請不少外國專家參與設(shè)計。但是在學(xué)習(xí)國外信號優(yōu)先經(jīng)驗時要做到“知其所以然”,不是從表象上學(xué)習(xí)德國或者歐洲其他國家的信號控制經(jīng)驗,而是探究其設(shè)置的理論基礎(chǔ)。對我們來說重要的是,要了解它某種控制方法背后的原因和約束條件,這樣才能使其在中國的運(yùn)用實現(xiàn)“本土化”,否則生搬硬套是行不通的。對此筆者想主要想對我國有軌電車平面交叉口信號控制提出建議:

有軌電車信號優(yōu)先依靠感應(yīng)控制,而感應(yīng)控制來自于定時控制。因此第一步應(yīng)該優(yōu)化信號定時控制的各種信號參數(shù),像周期過長,綠燈配時不合理等問題應(yīng)及時調(diào)整,否則在有軌電車信號優(yōu)先的同時這些問題會進(jìn)一步惡化;第二步是嘗試靈活應(yīng)用感應(yīng)信號,此時可以暫時不考慮有軌電車信號優(yōu)先,比如合理地插入有軌電車特殊相位而不考慮其優(yōu)先;第三步是在能較好使用感應(yīng)控制的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展有軌電車的信號優(yōu)先。

德國在有軌電車信號優(yōu)先方面有著諸多Know-how,經(jīng)過長期的探索擁有成熟的經(jīng)驗和完備的設(shè)計團(tuán)隊。相比之下,我國在這方面還處于起步階段,因此對于信號控制優(yōu)先方面的“拿來主義”和“自主創(chuàng)新”是完善適合于中國交叉口有軌電車信號控制優(yōu)先的基本保障。

「1](德)道路與交通工程學(xué)會 編.李克平 譯.德國交通信號控制指南——德國現(xiàn)行規(guī)范(RiLSA)「M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2006.

U491.5+4

E

1009-7716(2015)12-0033-07

2015-06-08

虞笑晨(1987-)，男,上海人,在讀研究生,從事交通工程與機(jī)場規(guī)劃研究工作。