基于VISSIM模擬的老城區(qū)五岔路口交通優(yōu)化策略研究

卞廣萌, 顏 寧

(河北工業(yè)大學(xué)，天津 300401 )

1 概述

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化率的持續(xù)提高，不斷攀升的機動車保有量造成了城市交通量爆發(fā)式增長，給城市交通系統(tǒng)運行帶來了極大的壓力。道路交通網(wǎng)的合理規(guī)劃、既有道路的拓寬改造、發(fā)展多層次立體交通體系都是緩解城市交通壓力的重要舉措。城市道路交叉口為路網(wǎng)通行能力的瓶頸，尤其是老城區(qū)普遍存在的多岔路口更是交通擁堵和交通事故的多發(fā)點，所以做好多岔路口交通通行組織是提高整體路網(wǎng)通行能力的關(guān)鍵。基于此，本文選取天津市紅橋區(qū)交通運行問題比較突出的一個五岔路交叉口，進行交通改善策略探究與優(yōu)化設(shè)計。

2 工程概況

2.1 地理狀況

天津紅橋區(qū)由光榮道、紅橋北大街、丁字沽一號路(以下簡稱一號路)以及丁字沽零號路(以下簡稱零號路)相交構(gòu)成的五岔路交叉口(以下簡稱五盆口)，周邊分布著大型居住社區(qū)、高校、大型公園以及大型商業(yè)設(shè)施等功能區(qū)，用地功能復(fù)雜多樣，且人口稠密、交通量較大(見圖1)。

圖1 紅橋北大街與光榮道交叉口

2.2 交通狀況

在連接五岔口的道路中，紅橋北大街為城市主干道，南接天津西站高架路，是紅橋區(qū)通往天津西站以及天津市中心城區(qū)的必經(jīng)之路。一號路為城市主干道，連接紅橋北大街，疏解西站方向的車流。光榮道是紅橋區(qū)西南至東北方向的主干路，連接京津公路快速路以及丁字沽區(qū)域大片居民區(qū)，早晚高峰有著大量通勤車流。零號路原為城市支路，遠期將連接京津公路延長線，但工程目前處于長期停工狀態(tài)，目前交通組織方式為單向西北通行。五岔口其他幾何條件如表1所示。五岔口采用四相位定時信號控制，早晚高峰及平峰均采用相同的相位周期，信號燈相位周期136 s，現(xiàn)狀信號燈配對相位如圖2所示。

表1 五岔口幾何條件相交道路進出口方向道路等級隔離形式設(shè)計車速/(km·h-1)車道數(shù)車道寬度/m光榮道西口進口道三塊板33.5出口道23.5光榮道東口進口道三塊板43.5出口道23.5城市主干道60紅橋北大街進口道四塊板63.5出口道33.5丁字沽一號路進口道三塊板33.5出口道43.5丁字沽零號路出口道城市支路一塊板3023.5

圖2 現(xiàn)狀信號燈配時相位圖

筆者于2018年5月多次對五岔口進行現(xiàn)場踏勘，并運用人工觀測法對五岔口的早高峰(7:30-9:00)、平峰(9:00-10:00)及晚高峰(16:00-19:00)進行了交通量調(diào)查，并根據(jù)《城市道路交叉口規(guī)劃規(guī)范》(GB50647—2011)將不同車型的交通量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)交通當(dāng)量。本文選取調(diào)查時間5月15日(周二、天氣晴)晚高峰期間交通量為基數(shù)，作為五岔口進行優(yōu)化設(shè)計的分析依據(jù)(見圖3)。

圖3 交叉口流向圖

3 五岔口現(xiàn)存問題剖析

五岔口周邊區(qū)域用地體量偏大，從而造成路網(wǎng)間距過大、道路網(wǎng)密度偏低的情況。對于途經(jīng)該交叉口的機動車駕駛員來說，無其他可替代路徑方案，密集的交通量在五岔口形成了瓶頸，是導(dǎo)致高峰期交通擁堵的外部原因。而該五岔口自身也存在以下問題：

3.1 交通渠化不合理

紅橋北大街南進口處共設(shè)有6條進口道，從左向右依次為左轉(zhuǎn)、2條直行、右轉(zhuǎn)、輔路左轉(zhuǎn)與輔路右轉(zhuǎn)車道，其中在主路與輔道之間設(shè)置1條分車帶。由于一號路與零號路夾角過小，從紅橋北大街直行去往上述2條路的車輛均按直行信號燈放行，2股車流在五岔口內(nèi)形成沖突①(見圖4)，影響了車流速度，也容易發(fā)生剮蹭事故；此外，由于紅橋北大街主路右轉(zhuǎn)車輛通行不受信號燈控制，當(dāng)輔道左轉(zhuǎn)車輛放行時，2股車流在交叉口內(nèi)形成沖突②(如圖4)，進而影響了輔道左轉(zhuǎn)的通行能力。

圖4 現(xiàn)狀2種車流沖突

3.2 信號燈配時不合理

高峰時段，東側(cè)光榮道進口道左轉(zhuǎn)車輛排隊過長，單綠信號相位時長不能滿足通行需求，尚有車輛排隊；南側(cè)紅橋北大街進口2條直行車道單信號周期可以滿足直行車輛通行，但車輛排隊過多流量接近飽和，若增加一條直行車道預(yù)計可以縮短信號周期，減少車輛延誤；北側(cè)一號路進口直行車輛過多，不能滿足通行需求。

3.3 交通參與者安全意識淡薄

在實際交通運行中，行人和非機動車干擾也是影響交叉口通行效率的重要因素之一。實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，信號燈變?yōu)榧t燈時，尚有大量人群停留在交叉口范圍內(nèi)。一方面由于非機動車及行人交通安全意識較低，不按交通信號燈通行，同時機動車駕駛員不能做到禮讓行人，甚至與非機動車和行人搶行，加劇了五岔路口的混亂程度；另一方面，由于五岔口幾何尺寸過大，老人以及腿腳不便人士很難在信號周期內(nèi)完成一次過街，設(shè)計人性化不足。

4 優(yōu)化設(shè)計方案

4.1 優(yōu)化交通組織，調(diào)整車道渠化

根據(jù)五岔口內(nèi)2種主要車流沖突方式，對交叉口區(qū)域內(nèi)車流交通組織做相關(guān)優(yōu)化。據(jù)調(diào)查，進入零號路的車輛較少，即使限制部分車流進入也不會有太大影響。因此，通過渠化交通的方式在零號路進口前設(shè)置安全島，既可限制紅橋北大街向北直行以及光榮道西向東方向左轉(zhuǎn)進入零號路的車流，避免交叉口內(nèi)的車流沖突，也為行人過街提供了臨時安全躲避設(shè)施。此外，將紅橋北大街南進口輔道最右側(cè)車道渠化為直右的方式，保證輔道的車輛能夠順利直行。

4.2 增設(shè)直行待行區(qū)

結(jié)合五岔口平面幾何尺寸較大實際特征，利用交叉口閑置區(qū)域設(shè)置直行待行區(qū)，有利于提高交叉口通行能力，減少高峰延誤。直行待行區(qū)的設(shè)置除了考慮充分利用道路交叉口內(nèi)閑置空間，還應(yīng)避免產(chǎn)生車流交叉。如圖5所示。

圖5 直行待行區(qū)長度設(shè)置原則

建立以下長度估算模型：

lsn=ln-d0

(1)

式中：lsn為第n條直行待行區(qū)長度(從右向左編號，n=1，2 …)，m；ln為對向左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)車道中心線與直行待行區(qū)中心線交叉點到第n條直行車道第一停車線間距離(從右向左編號，n=1，2…)，m；d0為安全距離，取2 m。

經(jīng)模型計算而得，本交叉口各進口道直行待行區(qū)設(shè)置長度如表2所示：

表2 直行待行區(qū)長度道路直行待行區(qū)長度/m車道1車道2紅橋北大街南進口2123一號路北進口1618光榮道西進口2225光榮道東進口1720注:最內(nèi)側(cè)直行待行車道計為“車道1”,依此類推。

4.3 優(yōu)化信號配時

據(jù)實地觀測的交叉口各進口道流量以及車道飽和流量，結(jié)合現(xiàn)有交通分布特征，利用韋伯斯特配時法(Webster)對信號配時加以優(yōu)化，表3為各流向飽和流量。

式中：C0為最佳周期長度,s；L為總損失時間,s；Y為交叉口交通流量比。

優(yōu)化后信號配時相位如圖6所示。

表3 各流向飽和流量pcu/h路口方向光榮道東進口光榮道西進口一號路北進口紅橋北大街南進口左轉(zhuǎn)直行左轉(zhuǎn)直行左轉(zhuǎn)直行左轉(zhuǎn)直行交通量464415137279197563101654飽和流量2 7522 5872 5202 2762 2342 9872 4562 765

圖6 優(yōu)化信號配時相位圖

優(yōu)化后的信號配時利用Webster配時法，以最小化延誤水平為目標(biāo)，按實際路段交通量以及飽和流量進行優(yōu)化配時，結(jié)合交叉口幾何特征，設(shè)置2 s全紅清空時間，南側(cè)紅橋北大街進口增設(shè)右轉(zhuǎn)相位，解決了同時段輔路左轉(zhuǎn)的車輛與主路右轉(zhuǎn)車輛運行的干擾。

4.4 設(shè)計要點總結(jié)

結(jié)合丁字沽零號路交通量較少的現(xiàn)狀，通過渠化設(shè)計使“五岔”為“四岔”，優(yōu)化進入丁字沽零號路的車輛路徑，解決交通組織困難現(xiàn)狀；優(yōu)化利用路口空間，施劃行人二次過街安全島，縮短行人過街距離，緩解因交叉口過大導(dǎo)致的行人過街困難問題；設(shè)置直行待行區(qū)，高效利用先后兩相位通行時間差，車輛進入第二停車線等待放行，降低高峰時段直行車道飽和狀態(tài)。綜合以上改善措施，該五岔口綜合改善方案如圖7所示。

圖7 五岔口綜合改善方案

5 仿真評價

根據(jù)現(xiàn)狀交通調(diào)查數(shù)據(jù)，利用交通仿真軟件Vissim進行交通模擬。將實際交叉口調(diào)查的分向交通量、行駛車速、車型比例、信號配時數(shù)據(jù)輸入，得到最貼近實際交通運行情況的仿真結(jié)果。五岔口優(yōu)化前后仿真結(jié)果如表4所示。

表4 仿真評價結(jié)果仿真評價參數(shù)排隊長度均值/m停車次數(shù)/次車輛延誤均值/s服務(wù)水平現(xiàn)狀19.490.6427.35C僅調(diào)整渠化和信號配時12.400.7521.69C綜合改善方案9.171.2119.28B

根據(jù)仿真結(jié)果，調(diào)整信號燈配時和車道渠化條件僅能緩解部分進口道的擁堵狀況，排隊長度和車均延誤水平相比于現(xiàn)狀交叉口沒有較大改善。在綜合改善方案中，由于增設(shè)了直行待行區(qū)，交叉口的通行能力得到提升，排隊長度以及行車延誤指標(biāo)均優(yōu)于對比方案。此外，直行車輛需要到待行區(qū)第二停止線前等待放行，故停車次數(shù)均值指標(biāo)要高于現(xiàn)狀方案。綜上所述，綜合改善方案可以最大限度地提升交叉口通行能力，具有較高的設(shè)計參考價值。

6 總結(jié)

五岔路口因其交通沖突多、多路流線交叉的特征，一直是交通組織和管理的難點。常規(guī)的解決方案是在進口道設(shè)置單行或者禁行，但這樣做往往不能解決實際問題，反而會陡增車輛繞行距離，給相鄰路網(wǎng)帶來更大的通行壓力。解決交通問題，重在“疏”而不在“堵”，本文從車流通行的角度制訂五岔口改造方案，合理確定車流路線組織，同時優(yōu)化整合利用現(xiàn)有道路交叉口資源，保留一定的設(shè)計余量，防止因周圍用地開發(fā)造成交通量爆發(fā)而加劇五岔口交通矛盾。