趙志奇 王永慶 朱啟超

(山東科技大學(xué)交通學(xué)院,山東青島 266590)

基于Vissim仿真的城市道路交通安全分析及改善對策—以濰坊市區(qū)某交叉口為例

趙志奇 王永慶 朱啟超

(山東科技大學(xué)交通學(xué)院,山東青島 266590)

目前我國交通安全形勢十分嚴(yán)峻,已經(jīng)引起了全社會(huì)的普遍關(guān)注,特別是城市交通安全問題隨著城市的快速發(fā)展越發(fā)突出?？陀^地對城市道路的交通做出相應(yīng)的分析和評價(jià),提出相應(yīng)的改善和預(yù)防方案,才能有效的改善城市道路交通環(huán)境。在城市道路中,交叉口猶如道路的“咽喉”,交通流的中斷主要發(fā)生在交叉口,同時(shí)交叉口也是交通事故的主要發(fā)生地。交叉口安全設(shè)計(jì)是從人、車、路等方面綜合考慮的動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng),本文通過對濰坊市道路交通的某一路段交叉口為案例進(jìn)行Vissim仿真分析與評價(jià),并針對存在的交通隱患提出了幾點(diǎn)改善對策,以期為同類型城市道路條件的改善提供幫助,達(dá)到預(yù)防和減少交通事故的發(fā)生,提高城市道路通行效率及城市道路安全性能的目的。

交通安全 城市交叉口 Vissim仿真 延誤 通行能力 改善對策

1 概述

城市道路安全問題，既是一個(gè)社會(huì)問題，同時(shí)也是一個(gè)系統(tǒng)科學(xué)問題。城市道路信號交叉口是城市道路的重要節(jié)點(diǎn)，各種車輛和行人都要在交叉口匯集、通過和轉(zhuǎn)向，由于它們之間相互干擾，會(huì)使車輛行車速度降低，阻滯交通，延誤通過時(shí)間，增加交通事故的發(fā)生幾率[1]。相關(guān)研究也表明交叉口已成為了交通事故的主要發(fā)源地，如：日本發(fā)生的交通事故有60%左右與交叉口有關(guān)，美國的交通事故有50%以上發(fā)生在交叉口。通過大量的事實(shí)也證明了由于城市交叉口擁堵和車輛的延誤，為不安全因素埋下了隱患，從而導(dǎo)致了事故的發(fā)生。因此，如何合理組織交通，使人-車-路三個(gè)重要環(huán)節(jié)順暢銜接，對提高交叉口運(yùn)行效率，減少延誤和交通事故，避免交通阻塞，保障行車通暢，都具有重要意義。故通過對機(jī)動(dòng)車及非機(jī)動(dòng)車的影響分析和相關(guān)計(jì)算與利用Vissim微觀仿真相結(jié)合的方式評價(jià)交叉口的信號配時(shí)合理性，以及延誤和排隊(duì)長度，進(jìn)而對交叉口的安全性進(jìn)行分析及改善。

表1 交叉口信號相位表

表2 交通量統(tǒng)計(jì)表

2 城市交叉口具體案例分析

2.1 案例:山東省濰坊市濰城區(qū)某一交叉口交通現(xiàn)狀

近幾年濰坊經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城區(qū)擴(kuò)張速度明顯加快，但在城市交通安全方面還存在著一些隱患。故通過對濰坊市區(qū)交通安全的調(diào)研，在解決實(shí)際問題的同時(shí)，也可為此種類型的城市交通安全提出可行性的建議。

根據(jù)實(shí)地調(diào)研，以下是濰坊市某道路交叉口的平面圖如圖1、信號相位表如表1、交通量統(tǒng)計(jì)表如表2、交通事故統(tǒng)計(jì)圖如圖2所示。

2.2 影響該交叉口安全問題主要因素分析

2.2.1 人的方面

交通要素中人的交通安全意識不高。通過圖2及實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有些非機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)撕托腥私煌ǚ梢庾R單薄，缺乏基本的遵法出行的意識，比如電動(dòng)車駕駛?cè)岁J紅燈、在亮紅燈時(shí)停車越線、行人們不遵守交通規(guī)則橫穿公路、與機(jī)動(dòng)車爭道搶行、非機(jī)動(dòng)車在交叉路口搶燈現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，同時(shí)行人及騎自行車、電動(dòng)自行車者，大多數(shù)存在著過馬路不走人行橫道、逆向行駛、車輛臨近時(shí)突然橫穿等交通陋習(xí)，這些都是造成交通事故的重大安全隱患，而且也是城市中最常見的交通事故。

表3 方案I信號配時(shí)表

2.2.2 車的方面

機(jī)動(dòng)車通過交叉口時(shí)不規(guī)范駕駛與車輛運(yùn)行時(shí)技術(shù)性能的好壞也是影響道路交通安全的重要因素。例如：車輛正常行駛的過程中不開啟轉(zhuǎn)向燈突然轉(zhuǎn)向，后方車輛不能及時(shí)采取有效躲避措施，極易造成交通事故；車輛在通過交叉口時(shí)制動(dòng)不良、機(jī)件失靈、燈光失效等，都是釀成交通事故的不安全因素。

2.2.3 道路方面

該交叉口為十字形交叉口(如圖1)，東、西進(jìn)口道為3條直行車道，1條直右車道，1條專左車道。南、北進(jìn)口道為2條直行車道，1條專右車道，1條專左車道，4個(gè)進(jìn)口道均設(shè)有非機(jī)動(dòng)車道。交叉口跨度較長，且未設(shè)行人過街安全島。

該交叉口位于城市繁華地段，附近的建筑比較密集，有大型超市、銀行、酒店、廣場、醫(yī)院等，機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車交織嚴(yán)重，事故發(fā)生類型也與之相關(guān)。

2.3 基于Vissim對該交叉口道路現(xiàn)狀進(jìn)行仿真與評價(jià)

Vissim是一種微觀的、基于時(shí)間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用以城市交通和公共交通運(yùn)行的交通建模。它可以分析各種交通條件下，如車道設(shè)置、交通構(gòu)成、交通信號、公交站點(diǎn)等，城市交通和公共交通的運(yùn)行狀況，是評價(jià)交通工程設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃方案的有效工具[2]。

為了達(dá)到更真實(shí)的仿真效果，與更準(zhǔn)確的評價(jià)數(shù)據(jù)，仿真中采用Wiedemann于1974年建立的心理-生理類駕駛行為跟車模型[3]。并且在仿真設(shè)置中調(diào)整了駕駛行為，分別設(shè)定了“暫時(shí)性走神”“自由車道變換”與機(jī)動(dòng)車非機(jī)動(dòng)車相遇時(shí)的“超車行為”等基礎(chǔ)參數(shù)。利用Vissim軟件對該交叉口進(jìn)行仿真，如圖3所示為仿真效果圖，圖中各車道規(guī)劃、車道上的交通量與信號配時(shí)都按照調(diào)研后的實(shí)際路況的數(shù)據(jù)即圖1、表1、表2所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了輸入。

通過仿真評價(jià)輸出的結(jié)果如圖4，可以看出該交叉口存在著延誤時(shí)間(Delay)較長，停車次數(shù)(Stops)較多，排隊(duì)長度(maxqueue)較大等對交通安全不利的隱患。經(jīng)計(jì)算得：平均延誤為43.44秒，平均排隊(duì)次數(shù)為2次，最大排隊(duì)長度為167米。故利用仿真找到了事故隱患的源頭，為接下來的具體改善措施指明了方向，即通過減少延誤提高這個(gè)交叉口的通行能力，運(yùn)輸效率，進(jìn)而改善城市道路的運(yùn)行環(huán)境，避免事故的發(fā)生。

2.4 對于減少該交叉口事故隱患的改善對策

2.4.1 加強(qiáng)道路交通安全教育,提高道路參與者的整體素質(zhì)

人是影響交通安全最活躍的因素。對交通安全的研究應(yīng)引起人們足夠的重視。但是這一方面不能只依靠政府相關(guān)部門來監(jiān)督控制，還需要社會(huì)的每個(gè)成員來自覺遵守，維護(hù)交通安全。為此建議從以下幾點(diǎn)入手：有關(guān)部門加大力度開展交通安全宣傳工作，使廣大交通參與者自覺遵守法律法規(guī)，堅(jiān)決杜絕交通違法行為；充分利用多媒體的生動(dòng)性和廣泛性，使每一個(gè)人都參與交通安全的學(xué)習(xí)中，使交通安全真正走入每個(gè)人的心中。

2.4.2 加強(qiáng)車輛的安全性能,降低道路事故隱患

車輛技術(shù)性能的好壞，是影響道路交通安全的重要因素。加強(qiáng)對城市道路行駛車輛的管理與檢查是提高城市道路安全的重點(diǎn)。具體有以下幾點(diǎn)建議：(1)有關(guān)部門加強(qiáng)對違法駕駛機(jī)動(dòng)車的人的檢查與管理力度，制定相關(guān)的事故處理預(yù)案與機(jī)制；(2)建立有關(guān)車輛檢測的監(jiān)控信息系統(tǒng)，排除車輛本身的隱患，防患于未然；(3)完善汽車安全設(shè)施，應(yīng)積極鼓勵(lì)機(jī)動(dòng)車安裝行車安全裝置、汽車自動(dòng)自限制裝置、行車自動(dòng)監(jiān)控裝置以及交通情報(bào)通信裝置等。

2.4.3 減少道路交叉口延誤,提高通行效率

道路交叉口提供的使用情況的優(yōu)劣，對使用者正確使用道路具有重大影響[4]。對道路交叉口的管理主要是保證道路能為交通所用，是可以人為調(diào)控的交通客觀因素，合理管理交叉口，將能減少事故發(fā)生的概率。為此，本文研究了交叉口的信號控制與路網(wǎng)規(guī)劃，并提出了以下減少交叉口延誤、提高交叉口運(yùn)行效率的方案。

方案I：對于交叉口信號配時(shí)的改善。

該方案采用常用的Webster信號配時(shí)計(jì)算方法[5]，根據(jù)相關(guān)公式，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

利用Visssim將方案I的計(jì)算結(jié)果(表3)中的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入并進(jìn)行仿真驗(yàn)證由仿真結(jié)果(圖5)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算得出：改變信號周期(從之前的138秒變?yōu)?20秒)與各相位時(shí)長，可有效將延誤從之前的43.44秒減少至33.2秒，最大排隊(duì)長度也減至101.5米，并且此方案使交叉口服務(wù)等級達(dá)到了C級(適宜治理后的交叉口服務(wù)水平)。

方案II：東西方向右轉(zhuǎn)車輛提前轉(zhuǎn)向。

東西方向設(shè)有直右車道，當(dāng)右轉(zhuǎn)車流量增大，通過交叉口時(shí)，不但嚴(yán)重影響了直行車輛的通過速度，而且與南北過街非機(jī)動(dòng)車，發(fā)生交織現(xiàn)象，導(dǎo)致沖突點(diǎn)的產(chǎn)生，并且當(dāng)直行車流量與右側(cè)非機(jī)動(dòng)車流量較大時(shí)，右轉(zhuǎn)車輛被壓制，道路上車輛排隊(duì)長度增加，延誤也相應(yīng)增加，若右轉(zhuǎn)車輛執(zhí)意通過交叉口時(shí)，則極易與非機(jī)動(dòng)車發(fā)生擦碰，為事故的發(fā)生埋下了隱患。故如果使東西方向右轉(zhuǎn)車輛通過其他路段提前分離，影響將得到降低。利用Vissim對東西方向右轉(zhuǎn)車輛提前轉(zhuǎn)向的效果如圖6所示。

通過仿真結(jié)果(圖7)經(jīng)計(jì)算得出：延誤從之前的43.44秒減至21.82秒，最大排隊(duì)長度從之前的166米減至88.9米。故該交叉口的延誤及排隊(duì)長度得到了有效的緩解，道路運(yùn)行環(huán)境得到了較好的改善，從而提高了通行能力與運(yùn)輸效率。

2.4.4 對比改善方案與現(xiàn)狀得出結(jié)論

通過以上的改善方案與交叉口道路真實(shí)路況的延誤柱狀圖的對比(圖8)，可以看出方案I、方案II對該交叉口有了較明顯的改善，即通過改變信號控制燈周期時(shí)長及相位時(shí)長和交叉口的車道規(guī)劃，可以減少交叉口的延誤和排隊(duì)長度，增加通行能力，減少交叉口潛在的事故隱患，進(jìn)而降低城市道路交通事故的發(fā)生。

3 結(jié)語

隨著我國城市化進(jìn)程加快，城市交通安全問題直接影響著城市經(jīng)濟(jì)的建設(shè)與發(fā)展，城市道路交通安全問題的研究分析與改善已刻不容緩。復(fù)雜城市道路上發(fā)生的交通事故并不是人、車、路等因素中某一因素單獨(dú)所致，而是各因素相互作用、相互影響的結(jié)果。交通運(yùn)行具有相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)性、偶然性、隨機(jī)性，減少城市交通隱患，預(yù)防交通事故的發(fā)生，從而提高道路參與者的安全，是一項(xiàng)須在多方面合理改善的系統(tǒng)工程。本文針對城市交通安全進(jìn)行分析及評價(jià)，并以濰坊市為例，特別針對其某交叉路口的安全問題進(jìn)行了仿真及分析，給出了改善交通安全的方案及措施，包括加強(qiáng)人的交通安全教育、提高車輛的安全性、優(yōu)化交通控制方案、不斷改善道路條件等，從而達(dá)到降低城市道路交通事故的發(fā)生幾率，促進(jìn)城市道路交通向更安全、更便捷、更高效的目標(biāo)發(fā)展。

[1]楊曉光.城市道路交通設(shè)計(jì)指南[M].人民交通出版社,2003.4.

[2]裴玉龍.張亞平 道路交通系統(tǒng)仿真[M].人民交通出版,2004.9.

[3]劉運(yùn)通.石建軍 熊輝 交通系統(tǒng)仿真系統(tǒng)[M].人民交通出版社, 2002.10.

[4]楊少偉.道路勘測設(shè)計(jì)[M].人民交通出版社,2009.6.

[5]王煒,過秀成.交通工程學(xué)[M].東南大學(xué)出版社,2011.6.