基于Vissim仿真的交叉口交通組織優(yōu)化

胡群燦 馬曉旦 付晶燕

摘 要：隨著城市發(fā)展進(jìn)程的加快，居民生活水平的提高，機(jī)動(dòng)車保有量逐年激增，交通擁堵成為大中小城市的難題。交叉口作為影響城市道路交通問題的重要節(jié)點(diǎn)，在城市發(fā)展進(jìn)程中成為阻礙城市道路交通系統(tǒng)的瓶頸。本文以寧波的柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口為例，在經(jīng)過實(shí)地調(diào)查問題分析的基礎(chǔ)上，對(duì)交叉口的交通狀況進(jìn)行分析，對(duì)信號(hào)燈配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，使用仿真軟件VISSIM對(duì)其進(jìn)行交通仿真，提出總體設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)價(jià)，從而達(dá)到規(guī)避違規(guī)行為，提高交叉口通行效率，保障道路交通系統(tǒng)安全的目的。

關(guān)鍵詞：交叉口;交通仿真;組織優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U491? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）12-0142-03

城市的交通系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、有序與否，往往取決于城市道路交叉口交通問題的發(fā)生率。所以需要在城市道路交叉口的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，通過合理的設(shè)計(jì)交叉口來改善城市交通條件，從而達(dá)到提升交叉口的通行能力和運(yùn)行效率的目的[2]。為了減少交通擁堵、提高通行效率、保證道路通行順暢以及消除交通安全隱患，必須對(duì)交叉口交通組織進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于交叉口的組織優(yōu)化設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。

在交叉口信號(hào)配時(shí)方面，Arash M.Roshandeh、Herbert S.Levinson[1]提出一種有效的配時(shí)方法，在現(xiàn)有的周期長(zhǎng)度和信號(hào)協(xié)調(diào)時(shí)間不變的情況下，只對(duì)早晚高峰交通信號(hào)進(jìn)行有效的配時(shí)優(yōu)化，便能降低每個(gè)周期內(nèi)的人車延誤;在信號(hào)控制與車道劃分的組合優(yōu)化方法上：C K WONG等從理論的角度建立了一系列混合整數(shù)規(guī)劃模型以尋求車道功能劃分和信號(hào)控制的最優(yōu)解[2];趙靖等[3]在對(duì)出口道左轉(zhuǎn)交叉口運(yùn)行特點(diǎn)和飽和流率進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立的魯棒優(yōu)化方法可實(shí)現(xiàn)交通需求和供給波動(dòng)下出口道左轉(zhuǎn)交叉口信號(hào)控制與設(shè)計(jì)車速的優(yōu)化設(shè)計(jì);馬曉旦等以具體實(shí)例，利用VISSIM仿真軟件對(duì)優(yōu)化前后的交叉口進(jìn)行仿真，論證了運(yùn)用VISSIM仿真軟件對(duì)交叉口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以降低交叉口車輛的沖突，提高交叉口的通行能力[4]。

本文以寧波的柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口為例，在經(jīng)過實(shí)地調(diào)查問題分析的基礎(chǔ)上，貫徹多方位考慮，實(shí)事求是，根據(jù)靈活和安全的原則，對(duì)交叉口交通組織進(jìn)行優(yōu)化，并利用VISSIM仿真軟件對(duì)優(yōu)化前后的交叉口進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。

1交通調(diào)查

1.1 交叉口現(xiàn)狀調(diào)查

本文選擇寧波市柳汀街與鎮(zhèn)明路這個(gè)交叉口作為交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究對(duì)象，該交叉口交通流量大且組成成分復(fù)雜，高峰時(shí)擁堵情況嚴(yán)重，亟需優(yōu)化整改。

1.2 道路信息和信號(hào)配時(shí)調(diào)查

本次調(diào)查采用人工調(diào)查，將該交叉口現(xiàn)狀渠化圖繪制如圖2所示，柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口為四相位，周期具體配時(shí)和相序如圖3所示。

1.3 交通流量調(diào)查

該交叉口的東西方向是柳汀街，南北方向?yàn)殒?zhèn)明路。此次調(diào)查時(shí)間為下午平峰時(shí)段14：30-15：30以及晚高峰16：30-17：30。具體數(shù)據(jù)如表1所見。

2 交叉口現(xiàn)狀建模仿真

2.1 現(xiàn)狀VISSIM仿真

根據(jù)調(diào)查到的柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口晚高峰交通量及信號(hào)配時(shí)，利用VISSIM仿真軟件對(duì)其進(jìn)行微觀仿真，柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口仿真圖如圖4所示。

2.2 現(xiàn)狀問題分析

本文利用VISSIM軟件建立柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口的仿真模型，運(yùn)行仿真600s并輸出交叉口各進(jìn)口道的行程時(shí)間、延誤等結(jié)果，如表2所示。

從仿真結(jié)果可以看出，柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口東進(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛、直行車輛及西進(jìn)口直行車輛平均延誤較大，并且排隊(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)。參考美國(guó)HCM信號(hào)交叉口服務(wù)水平[5]，柳汀街與 鎮(zhèn)明路交叉口東西南北四個(gè)進(jìn)口道的服務(wù)水平分別為E、E、D、D，總體服務(wù)水平為D，現(xiàn)狀交叉口服務(wù)水平較差，常發(fā)生嚴(yán)重交通擁堵，且安全隱患較大。

3 交叉口交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 車道渠化優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)交叉口現(xiàn)狀交通仿真結(jié)果，提出新的柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口車道渠化方案，主要對(duì)交叉口東西進(jìn)口道進(jìn)行改造。東進(jìn)口借用出口道渠化空間，改為6條進(jìn)口道3條出口道的車道布置，新增了1條左轉(zhuǎn)車道，由于東進(jìn)口右轉(zhuǎn)交通流較小而直行交通流較大，故將右轉(zhuǎn)專用車道改為直行右轉(zhuǎn)混合車道;西進(jìn)口拆除現(xiàn)狀機(jī)非綠化帶并改造為右轉(zhuǎn)專用車道，將現(xiàn)狀直行右轉(zhuǎn)車道拆分為1條直行車道及1條右轉(zhuǎn)車道。

3.2 信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

在交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方面，趙靖等[6]以交叉口總延誤最小為目標(biāo)的排陣式交叉口最佳周期理論模型，并通過擬合簡(jiǎn)化分析，得到了適用于不同設(shè)置情況的最佳周期簡(jiǎn)化模型。本文根據(jù)Webster配時(shí)法對(duì)交叉口信號(hào)配時(shí)重新進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)方案如圖5所示。

3.3 優(yōu)化方案仿真

根據(jù)優(yōu)化后的道路渠化以及信號(hào)配時(shí)，對(duì)該交叉口再次進(jìn)行VISSIM仿真，并與優(yōu)化前的各數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。優(yōu)化仿真效果如圖6所示。

根據(jù)VISSIM仿真模擬，得出現(xiàn)狀和優(yōu)化后行程時(shí)間和延誤的數(shù)據(jù)，如表3所示。

由上表可知該交叉口改善前：柳汀街服務(wù)水平均為E，為不穩(wěn)定車流，擁擠且延誤不能忍受。鎮(zhèn)明路服務(wù)水平均為D，為接近不穩(wěn)定車流、能忍受的延誤。對(duì)于整個(gè)交叉口所有行車，總體來看優(yōu)化前交叉口總體服務(wù)水平為D，為接近不穩(wěn)定車流，延誤可接受。

總體來看，經(jīng)過優(yōu)化，大多數(shù)進(jìn)口道及其轉(zhuǎn)向車輛延誤都得到了有效的改善，優(yōu)化后的交叉口車輛平均延誤減少了47.53%，服務(wù)水平大多數(shù)都由D升為C。交叉口車輛總延誤服務(wù)水平由D升為C，延誤經(jīng)優(yōu)化后得到了有效的改善。由此可得，柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口交通組織優(yōu)化后道路服務(wù)水平有所提高，一定程度上緩解了交叉口高峰期擁堵情況。

4 結(jié)論

由于城市道路交叉口服務(wù)能力跟不上快速發(fā)展的城市化進(jìn)程，城市交通混亂、交通擁堵的問題越發(fā)明顯。

本文以寧波的柳汀街與鎮(zhèn)明路交叉口為例，在經(jīng)過實(shí)地調(diào)查問題分析的基礎(chǔ)上，對(duì)交叉口的交通狀況進(jìn)行分析，對(duì)信號(hào)燈配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，使用仿真軟件VISSIM對(duì)其進(jìn)行交通仿真，提出總體設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)價(jià)。最后從優(yōu)化前后的仿真結(jié)果中選取車輛行程時(shí)間和延誤兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)交叉口進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，優(yōu)化后的交叉口車輛平均延誤減少了47.53%，交叉口的服務(wù)水平也有明顯的提高。本文的研究成果可以為寧波市的信號(hào)交叉口交通組織優(yōu)化提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]Arash M.Roshandeh;Herbert S.New Methhodology for Intersection Signal Timing Optimization to Simultaneously Minimize Vehicle and Pedestrian Delays[J].Journl of Transportation Engineering，2014，140（5）.

[2] C K Wong， B G Heydecker. Optimal allocation of turns to lanes at an isolated signal-controlled junction[J].Transportation Research Part B， 2010，45（4）：667-681.

[3] 趙靖，陳凱佳，周溪召.出口道左轉(zhuǎn)交叉口信號(hào)控制魯棒優(yōu)化方法[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2020，33（7）：145-155.

[4] 馬曉旦，劉杰.基于VISSIM的控江路與敦化路交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].物流科技，2019，42（7）：68-70.

[5] 美國(guó)交通研究委員會(huì).道路通行能力手冊(cè)[S].任福田，劉小明，容建，等譯.北京：人民交通出版社，2007.

[6] 趙靖，鄭喆，韓印.排陣式交叉口延誤及最佳周期模型[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2019，32（3）：135-144.

基金項(xiàng)目：上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20ZR1439300）;上海市軟科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目（21692105100）。