基于Vissim仿真的有軌電車應急方案設計

鄧 君，王 娥，高永博 DENG Jun,WANG E,GAO Yongbo

（1.中交城市軌道交通設計研究院有限公司，湖北 武漢 430100；2.蘭州交通大學 交通運輸學院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

隨著對環(huán)境問題的日益重視，有軌電車因為節(jié)能減排受到了廣泛的關注。但由于有軌電車也會遭遇突發(fā)事件，如軌道占用、車輛故障、交通事故等，導致運營中斷、道路擁擠、排隊等待，從而嚴重干擾乘客的正常生活?？焖儆行У貞獙ν话l(fā)事件，為乘客提供救援服務，對有軌電車系統(tǒng)的持續(xù)性運營至關重要。應急管制方案又稱應急計劃，是針對城市軌道交通可能發(fā)生的突發(fā)事件和重大事故，為保證迅速、有序、有效地開展應急與救援行動，降低事故損失而預先制定的計劃或方案。應急管制方案設計的目標是使得乘客盡快撤離，提高車輛通行能力，對擁堵情況采取疏散措施，降低對城市常規(guī)交通出行需求的干擾程度。本文提出的方法是對應急車輛和有軌電車都實行優(yōu)先控制策略。

1 控制邏輯

突發(fā)事件下交叉口的信號優(yōu)先控制對象為應急車輛、有軌電車和社會車輛，本文主要研究突發(fā)事件下的應急車輛和有軌電車運行控制方法，如果檢測器檢測到車輛為應急車輛，則進行時間估計進而決定使用那種優(yōu)先策略進行信號控制；如果不是應急車輛，那么開始檢測是否為有軌電車，如果是有軌電車，則根據到達時間、消散時間等來判斷信號狀態(tài)，選擇控制策略，具體控制邏輯流程如圖1所示：

2 模型構建

2.1 車輛到達時間估計

假設當突發(fā)事件發(fā)生以后，會產生交通擁堵現象，本文模型的構建就是對擁堵情況進行疏散。當有軌電車車輛即將到達交叉口時，布置在交叉口上游的檢測裝置被觸發(fā)，控制機發(fā)送優(yōu)先請求信號。在正常情況下，應急車輛到達交叉口的時間估計為：

式中：LEV為應急車輛到交叉口停車線的距離；VEV為應急車輛的平均速度。

有軌電車到達下一個站點需要的時間為：

式中：t1為有軌電車到達交叉口停車線所需要的運行時間；t2為有軌電車通過交叉口需要的時間；t3為有軌電車通過交叉口，并且到達下一有軌電車站點的行程時間。

2.2 車輛消散時間估計

所有排隊車輛全部消散所需要的時間：

2.3 選擇控制策略

對于本文的信號優(yōu)先感應控制策略需要布設檢測器才能有效實現。如圖2所示，檢測器1和檢測器2檢測有軌電車，檢測器3和檢測器4檢測應急車輛。檢測器1（駛出檢測器）檢測車輛駛出檢測區(qū)域，到停車線的距離大約為5～10米；檢測器2（駛入檢測器）檢測車輛駛入檢測區(qū)域，到停車線的距離大約為80～100米；檢測器3,4的位置和檢測器1,2的位置一樣，有軌電車車長為l，檢測器2到停車線的距離為L，有軌電車的平均速度為V，則：

圖1 控制邏輯圖

式中：V（）t為t時刻，在優(yōu)先車輛所在的車道上，處于排隊狀態(tài)的車輛數；S為車道飽和流率。

圖2 交叉口檢測器布置圖

當車輛到達交叉口時，如果檢測器檢測到應急車輛，則交通信號控制機發(fā)送優(yōu)先請求，給予絕對優(yōu)先信號。對于應急車輛來說，為保證應急車輛到達交叉口停車線之前其他車輛及時消散，tEV必須大于等于tD。此時采取其他車輛變換車道給應急車輛讓行的方式或者直接切換到應急車輛相位，使得應急車輛盡快通過交叉口。

對于有軌電車而言，優(yōu)先控制策略的選擇，要根據檢測到有軌電車時交叉口的信號狀態(tài)來確定：

（1）綠燈延長：當有軌電車在綠燈相位內未到達，延長綠燈時間，從而允許有軌電車通過。若t1≤g剩，則不延長綠燈時間；若t1＞g剩，則延長綠燈時間。g剩為當前相位綠燈剩余時間，Δt為綠燈延長時間：

由于綠燈時間延長使原本需要等待下個綠燈周期的車輛迅速及時的駛離交叉口。其車均延誤為：

式中：Dij為第i相位第j進口道上車輛減少的延誤；qij為第i相位第j進口道上車輛到達率；sij為第i相位第j進口道上車輛離開的飽和流率；ri為第i相位有效的紅燈時間。

人均延誤為（C為周期長度）：

式中：P為車輛平均載客數量；ti為第i相位車輛到達交叉口的時刻；gis為綠燈開始時刻。

（2）綠燈提前啟亮：當有軌電車在紅燈相位到達時，綠燈相位的起始時間比計劃的起始時間早，則應該采取綠燈提前啟亮策略，即t1＜r剩，則提前啟亮綠燈（紅燈早斷），r剩為當前相位紅燈剩余時間；若t1≥r剩，則不提前啟亮綠燈。

由于綠燈提前啟亮，紅燈時間減少，也可以使車輛及時快速的駛離交叉口，這種方式降低有軌電車的等待時間，減少車輛延誤。綠燈提前啟亮產生的車均延誤為：

人均延誤為：

3 實例驗證

選取某一典型十字交叉口，在Vissim仿真系統(tǒng)中進行仿真驗證試驗來探討有軌電車在突發(fā)事件下采用本文給出信號優(yōu)先策略的影響。圖3為該交叉口模擬路網圖，從中可見現代有軌電車線路采用南北方向中央布設形式，每個方向皆有3條一般車道，在不同時段，對交叉口各進口道、各流向車流量進行調查，記錄數據。

圖4為四相位放行方式，圖5為有軌電車專用相位。

圖3 某十字交叉口模擬路網圖

圖4 四相位放行方式

在仿真試驗中，有軌電車時相與不相沖突的社會車輛時相（相位三）同時啟動同時禁止。

假設道路行駛車輛主要為有軌電車和社會車輛。在早高峰擁堵時段對交叉口各進口道各向車流量進行調查，作為應急模擬場景。結果見表1：

仿真試驗模擬時間為3 600s，每秒掃描1次，有軌電車發(fā)車頻率為180s。仿真結束后，仿真系統(tǒng)將仿真結果（例如：行程時間、排隊時間、車均延誤、人均延誤等仿真參數）保存在生成的數據文件中，通過對文件進行處理，得到實施信號優(yōu)先前后有軌電車行程時間、排隊時間、車均延誤、人均延誤和整個交叉口車均延誤、人均延誤數據比對，如表2和表3：

圖5 有軌電車專用相位

表1 十字交叉口交通量

表2 應急車輛和有軌電車運行效果對比

表3 交叉口運行指標對比

圖6 優(yōu)先前后各指標對比

圖6 表示，應急車輛和有軌電車優(yōu)先后的行程時間、排隊時間、車均延誤和人均延誤比優(yōu)先前明顯降低，與有軌電車處于同一相位的社會車輛排隊長度和停車時間也受其影響而降低，從而提高其通行效率，整個交叉口的車均延誤和人均延誤也明顯降低。

4 結 論

本文針對突發(fā)事件對有軌電車系統(tǒng)產生的影響，提出了突發(fā)事件下有軌電車運行控制方法，在控制模型中對有軌電車則根據每輛車當前的信號狀態(tài)來確定采取綠燈延長或者綠燈提前啟亮的控制策略，對有效地降低交叉口的延誤起到了關鍵性的作用，確保整個交叉口的安全與高效運行。

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