基于VISSIM仿真的環(huán)形交叉口優(yōu)化方案研究

曾鋮泓，徐 海，謝成光，師文磊，徐錦強(qiáng)，郭建鋼

（福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建福州350002）

環(huán)形交叉口因其具有車輛連續(xù)行駛、交通組織簡便等特點(diǎn)，在早期道路交通流量不大時發(fā)揮很大優(yōu)勢。然而隨著城市化進(jìn)程的加快，道路交通流量急劇增加，環(huán)形交叉口的功能及通行能力已不能滿足新時代下的交通發(fā)展需求，環(huán)形交叉口的優(yōu)化勢在必行[1]。

王波[2]等在分析環(huán)島現(xiàn)狀存在問題的基礎(chǔ)上，提出優(yōu)化方案，運(yùn)用VISSIM仿真軟件對優(yōu)化方案仿真評價。蘇春敏[3]等以福州市一環(huán)形交叉口改造工程為例，結(jié)合理論計算飽和度和VISSIM仿真軟件對優(yōu)化設(shè)計方案進(jìn)行驗(yàn)證。杜陽[4]利用VISSIM交通仿真軟件，選取排隊(duì)長度等指標(biāo)作為交叉口交通效率的優(yōu)化指標(biāo)，對鄂州市“馬踏飛燕”環(huán)形交叉口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。張燚[5]等提出一種城市渦輪式環(huán)形交叉口設(shè)計方案，選取平均延誤時間和平均停車次數(shù)作為評價指標(biāo)，應(yīng)用VISSIM仿真軟件對比分析兩種設(shè)計方案的交通效益，以確定最終的設(shè)計方案。

借鑒上述研究成果，本文以武夷山市中山路—溫嶺街交叉口為例，以降低平均行程時間和平均延誤時間為出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用VISSIM軟件對現(xiàn)狀和優(yōu)化方案進(jìn)行仿真建模，輸出現(xiàn)狀與優(yōu)化方案的評價指標(biāo)，對比分析兩種方案的評價結(jié)果，以確定最優(yōu)的交叉口優(yōu)化方案。

1 交叉口概況

1.1 交叉口及周邊環(huán)境

中山路—溫嶺街交叉口位于武夷山市中心城區(qū)北部，周邊有武夷山市政府、武夷山市教育局等眾多企事業(yè)單位以及列寧公園、榮秀公園等公共場所，行人及非機(jī)動車交通流量大，是武夷山市中心城區(qū)的一個重要節(jié)點(diǎn)。其中心島直徑為7.5米，屬于小型環(huán)形交叉口。其相交道路均為一塊板道路，交叉口現(xiàn)狀渠化圖見圖1。

圖1 交叉口現(xiàn)狀渠化圖

1.2 現(xiàn)狀問題分析

1）環(huán)形交叉口半徑太小，環(huán)島行駛標(biāo)志位置設(shè)置偏低，難以起到指示標(biāo)志的作用。

2）行人交通安全意識淡薄，行走隨意，行人過街對交通流產(chǎn)生的干擾較大。

3）非機(jī)動車道違?，F(xiàn)象嚴(yán)重，機(jī)非混行現(xiàn)象嚴(yán)重，路權(quán)分配不清晰，行駛自由度高，交通秩序混亂，極易引起交通事故。

4）交叉口處交通標(biāo)線磨損嚴(yán)重且未及時重新施畫，標(biāo)線視認(rèn)性差。

5）由交叉口西側(cè)駛?cè)氲墓卉囕v均要在此交叉口繞行一周后再由交叉口西側(cè)駛出，不僅浪費(fèi)公交資源，更增大該環(huán)形交叉口的飽和度。

2 交通調(diào)查分析

2.1 交通量調(diào)查

通過人工計數(shù)的交通調(diào)查方法，對中山路-溫嶺街交叉口早高峰（7：30-8：30）流量進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計，將實(shí)測的交通流量按照車輛折算系數(shù)換算成當(dāng)量交通量(pcu/h)，常規(guī)車輛換算系數(shù)見表1。

表1 常規(guī)車輛換算系數(shù)

通過車輛折算系數(shù)計算，得到中山路-溫嶺街交叉口各進(jìn)口道早高峰時段當(dāng)量交通量，中山路-溫嶺街早高峰小時流量見表2。

表2 中山路-溫嶺街交叉口早高峰小時流量（pcu/h）

2.2 交通量預(yù)測

四階段法是通過交通生成、交通分布、方式劃分等因素建立數(shù)學(xué)模型，通過交通分配對交通流量預(yù)測的方法，TransCAD軟件具有多種數(shù)學(xué)模型，能夠在簡化預(yù)測過程的同時得到較為全面的預(yù)測結(jié)果[6]。運(yùn)用四階段法預(yù)測得到2025年各進(jìn)口道機(jī)動車高峰流量圖，見圖2。對數(shù)據(jù)整理后得到各進(jìn)口道機(jī)動車高峰流量表，見表3。

圖2 2025年各進(jìn)口道高峰流量預(yù)測圖

表3 中山路—溫嶺街交叉口高峰小時預(yù)測流量（pcu/h）

通過下式對該環(huán)形交叉口的通行能力進(jìn)行計算，得到中山路-溫嶺街交叉口服務(wù)水平變化表，見表4。

表4 中山路-溫嶺街交叉口服務(wù)水平變化表

由表4可以發(fā)現(xiàn)，該交叉口在2025規(guī)劃年交通量將達(dá)到1999pcu/h，接近該交叉口的通行能力，交叉口節(jié)點(diǎn)飽和度由0.85升至0.97，服務(wù)水平由E降至F，交通流極不穩(wěn)定，急需改造優(yōu)化。

3 優(yōu)化方案

方案一渠化圖，見圖3，具體方案措施如下：

1）增大環(huán)島半徑，調(diào)整交叉口范圍內(nèi)路面斜線填充位置及形狀，改善交通流向。

2）增設(shè)人行天橋，避免車流和人流平面相交的沖突，保障交通安全，減少交通事故。

3）規(guī)范設(shè)置標(biāo)志標(biāo)線，嚴(yán)管違?，F(xiàn)象，保障非機(jī)動車的道路使用權(quán)。

圖3 方案一渠化圖

方案二渠化圖，見圖4，具體方案措施如下：

1）拆除環(huán)島，改為平面交叉口，合理設(shè)置交通島，優(yōu)化行車環(huán)境。

2）規(guī)范設(shè)置標(biāo)志標(biāo)線，嚴(yán)管違?，F(xiàn)象，保障非機(jī)動車的道路使用權(quán)。

4 仿真分析

圖4 方案二渠化圖

4.1 仿真建模

為使仿真實(shí)驗(yàn)更符合實(shí)際情況，應(yīng)在仿真路網(wǎng)上設(shè)置沖突區(qū)域并定義優(yōu)先規(guī)則。交通流量按照四階段法預(yù)測得到的數(shù)據(jù)輸入VISSIM仿真模型，仿真時長設(shè)置為3600秒。分別對中山路—溫嶺街交叉口現(xiàn)狀和兩個優(yōu)化方案進(jìn)行仿真，仿真示意圖見圖5。

圖5 仿真示意圖

4.2 仿真結(jié)果分析

運(yùn)用VISSIM仿真軟件對該交叉口優(yōu)化前后進(jìn)行仿真運(yùn)行分析，得到相應(yīng)的評價數(shù)據(jù)，進(jìn)行整理分析，優(yōu)化前后評價指標(biāo)對比結(jié)果見表5。

表5 中山路—溫嶺街交叉口優(yōu)化前后評價指標(biāo)對比

仿真結(jié)果表明：方案一的平均行程時間由90.7s減至76.7s，平均延誤時間由60.4s減至37.2s；方案二的平均行程時間由90.7s減至67.5s，平均延誤時間由60.4s減至44.5s，兩種方案均使交叉口的通行效率顯著提高。其中，方案一的平均延誤時間比方案二降低16.4%，方案二的平均行程時間比方案一降低11.99%。方案一通過增設(shè)人行天橋，減少行人過街對交通流產(chǎn)生的干擾，降低車輛延誤，使得平均延誤時間降低；方案二通過將環(huán)形交叉口改為平面交叉口，通行能力大大增加，通行效率更高，使得平均行程時間降低。綜合交通效益考慮認(rèn)為方案一對該交叉口優(yōu)化效果更優(yōu)。

5 結(jié)語

本文以武夷山市中山路—溫嶺街環(huán)形交叉口為研究對象，提出兩種不同的渠化方案，運(yùn)用VISSIM軟件進(jìn)行仿真評價，根據(jù)軟件系統(tǒng)的評價功能輸出現(xiàn)狀與優(yōu)化方案的評價指標(biāo)，對評價結(jié)果進(jìn)行對比分析，最終確定交叉口的優(yōu)化方案。