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原文传递半独立路权下有轨电车的信号优先策略及建模研究

论文题名：	半独立路权下有轨电车的信号优先策略及建模研究
关键词：	有轨电车;交通信号;主动优先;被动优先;半独立路权
摘要：	随着城市和机动化发展，交通问题日益严峻，资源节约和环境保护给交通发展提出了更高的要求。由于现代有轨电车节能环保、舒适性好、设计美观、线路灵活等优点，近十年在我国得到快速发展。但是，我国现代有轨电车在技术和实践方面相对滞后，迫切需要构建相关理论体系、行业标准、技术规范和管理要求。此外，由于融合了轨道交通和道路交通两种运行环境，决定了其既有轨道交通高效运输的特点，同时又受到道路环境的影响。因此，有必要进行有轨电车的研究，特别是在保证车辆信号优先的策略和方法上，以期能够充分发挥运能优势，保证运行效率，提高服务水平和运行可靠性。　　本文在归纳总结和深入分析既有研究成果的基础上，以半独立路权下的有轨电车信号优先为研究对象，从主动优先和被动优先两方面提出了相关策略和建模方法。在主动优先方面，探讨了检测位置对有轨电车在信号交叉口等待时间的影响，提出了确定主动信号优先时长阈值的研究方法。在被动优先方面，优化了既有的干线信号协调模型，建立了适用于有轨电车运行的信号协调优化模型。论文的主要研究工作和结论如下: 　　(1)检测位置会影响有轨电车在交叉口的等待时间。针对有轨电车在单个交叉口的主动信号优先，基于绿灯提前和绿灯延长策略，按照借助前后相位还是所有非优先相位来增加绿灯时长，以及有轨电车一旦停车是否仍为其提供绿灯提前优先，设置了三种优先方案。对三种优先方案，以等待时间为目标函数，建立了考虑信号相位状态、检测位置和有轨电车行驶速度的计算模型。计算结果通过VISSIM仿真得到了验证。分析了不同有轨电车速度和信号周期条件下，有轨电车等待时间与检测位置之间的关系，以及优先方案对不同车辆延误的影响。　　(2)有轨电车不能无限地享受主动信号优先，绿灯提前和绿灯延长时间要在合理范围内。以车辆延误和交叉口饱和度为约束条件，以信号优先时长为自变量，以交叉口整体效益最大化为目标函数，建立求解有轨电车信号优先时长阈值的模型。模型中借鉴了以出行者为研究单元和韦伯斯特图解延误计算方法，并考虑了有轨电车车身长度对信号优先时长下限值的影响。算例研究得到了有轨电车信号优先时长的阈值，并证明了对于有较多公交通行的交叉口，考虑车流构成并以出行者为研究单元更加合理。此外，分析了非优先相位车辆到达率、公交车到达率和红灯时长、以及优先相位有轨电车发车间隔对阈值结果的影响。　　(3)有轨电车干线信号协调优化模型以既有的AM-BAND模型为基础，提出了两方面的改进，使其可用于指导有轨电车的干线信号配时。　　首先，本研究发现，在AM-BAND模型得到的绿波结果中，如果上行方向的左带宽变宽或右带宽变窄、下行方向的左带宽变窄或右带宽变宽，就会出现无效带宽。鉴于此，提出了有效带宽面积的概念，并在模型中增加有效带宽约束，得到了BAM-BAND模型。结果对比可知，BAM-BAND的有效带宽面积比AM-BAND增加了5％，并且上下行有轨电车的区间旅行时间分别节约了9％和14％。　　其次，在BAM-BAND模型的基础上，增加与有轨电车运行特点相关的约束，提出了BAM-TRAMBAND模型。增加的约束包括:有轨电车停站时长、将主动信号优先嵌套在被动优先模型中、设置最小带宽以保证较长车身的有轨电车顺利通过绿波。其中，嵌套的主动优先策略需要以前两个研究成果为支撑，为其设置最优检测位置和合理的信号优先时长阈值。应用BAM-TRAMBAND模型得到的绿波配时相比较于原信号配时，上下行方向有轨电车的行程时间可分别节约12％和20％，在交叉口的停车次数和停车延误均降为0。此外，有主动信号优先的路段平均带宽比没有主动优先的平均带宽大8s，证明了主动优先能够有效增加带宽值。　　(4)在BAM-TRAMBAND模型基础上，提出了两种考虑有轨电车运行图约束的干线信号协调优化模型:严格运行图约束的HT-TRAM模型和宽松运行图约束的ST-TRAM模型。新增的约束包括发车间隔、停站时分、区间运行时分和干线旅行时间。在HT-TRAM模型中，有轨电车严格按照运行图行车;而在ST-TRAM模型中，有轨电车的停站时分和区间运行时分可以根据运行图在一定范围内浮动。在算例结果中，HT-TRAM比ST-TRAM的干线带宽加权值增加了10s，路段平均带宽增加1s左右。此外，为了实现与交叉口和车站位置都相关的运行时分约束，本研究设计了一种利用车站索引和车站位置集合的编号方式。
作者：	周洋帆
专业：	交通运输规划与管理
导师：	贾顺平
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文