傅白白，仇錦

(1.山東建筑大學(xué)交通研究所，山東 濟(jì)南 250101;2.山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟(jì)南250101;3.山東建筑大學(xué)交通工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250101))

二十世紀(jì)六十年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者在微觀交通仿真領(lǐng)域的研究取得了一定的成果，相繼開(kāi)發(fā)出一些微觀交通仿真軟件，如:美國(guó)McTrans 公司開(kāi)發(fā)的TSIS/CORSIM，美國(guó)The Traffic Group，Inc.開(kāi)發(fā)的Synchro/SimTraffic，德國(guó)PTV 公司開(kāi)發(fā)的VISSIM，西班牙TSS 公司開(kāi)發(fā)的AIMSUN NG，美國(guó)麻省理工研發(fā)的MITSIMLab，美國(guó)Caliper 公司開(kāi)發(fā)的Trans Modeler，東南大學(xué)研發(fā)的TranStar［1］等。

以上幾種微觀交通仿真系統(tǒng)各具特色，如Synchro/SimTraffic 優(yōu)勢(shì)在于對(duì)交叉口仿真性能強(qiáng)大，但當(dāng)路網(wǎng)規(guī)模較大時(shí)，仿真效果相對(duì)于其他軟件較差;TSIS/CORSIM 對(duì)大規(guī)模路網(wǎng)仿真效果較好;VISSIM 和AIMSUN NG 在交叉口及大規(guī)模路網(wǎng)仿真中得到了很好的應(yīng)用;MITSIMLab 具有合理的模型結(jié)構(gòu)，適用于交通流疏導(dǎo)和交通分配評(píng)價(jià);Trans Modeler 利用TSIS/CORSIM 的優(yōu)勢(shì)，增加了公交運(yùn)輸模型，具有較高的微觀仿真能力［1］。

與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)在交通仿真方面的研究近年來(lái)發(fā)展較快。北京交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)、交通部公路科學(xué)研究所等科研單位展開(kāi)了對(duì)交通仿真的研究，并取得了一些成果。目前，國(guó)內(nèi)在交通仿真領(lǐng)域研究的成果往往僅限于解決單一的問(wèn)題，大多集中在對(duì)高速公路的研究，如高速公路基本路段通行能力的仿真研究、高速公路入口匝道范圍的交通仿真、雙車(chē)道公路通行能力仿真研究、優(yōu)先控制T 型交叉口交通仿真等［2］。

VISSIM 是由德國(guó)PTV 公司開(kāi)發(fā)的微觀交通流仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)離散、隨機(jī)、以十分之一秒為時(shí)間步長(zhǎng)的微觀仿真軟件，車(chē)輛的縱向運(yùn)動(dòng)采用了德國(guó)Karlsruhe 大學(xué)Wiedemann 教授的“心理-生理跟車(chē)模型”，橫向運(yùn)動(dòng)(車(chē)道變換)采用了基于規(guī)則(Rule-based)的算法，不同駕駛員行為的模擬分為保守型和冒險(xiǎn)型［3］。VISSIM 仿真軟件相比于其它軟件在微觀仿真、交叉口仿真以及大規(guī)模路網(wǎng)仿真方面具有較高的效率。

交通運(yùn)行是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，VISSIM 能有效地體現(xiàn)這個(gè)過(guò)程，再現(xiàn)交通狀況，降低現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的工作量，它作為解決城市交通擁堵問(wèn)題的一個(gè)輔助工具，可用來(lái)檢驗(yàn)擬設(shè)的交通設(shè)施，分析各種交通流，檢驗(yàn)交通控制方案的合理性。目前，在我國(guó)一些城市如北京、上海、廣州、武漢、哈爾濱等把陸續(xù)引進(jìn)了VISSIM 系統(tǒng)，在高速公路、立交系統(tǒng)、城市道路、交叉口等的改善等方面取得了一定的成果［4］。

城市交通是一個(gè)開(kāi)放、復(fù)雜的巨系統(tǒng)，交通網(wǎng)絡(luò)是城市交通規(guī)劃的重要組成部分。要解決好城市交通問(wèn)題便要從完善整個(gè)交通網(wǎng)路著手［5］，城市發(fā)展與城市交通的發(fā)展密切相關(guān)。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市人口和機(jī)動(dòng)車(chē)的不斷增加，交通擁堵問(wèn)題日益顯著［6］。交叉口是城市道路系統(tǒng)中重要的組成部分，是城市路網(wǎng)中最常見(jiàn)、最普遍、最直接的交通擁堵發(fā)生源及交通事故多發(fā)點(diǎn)。采用先進(jìn)的仿真系統(tǒng)，合理優(yōu)化交叉口對(duì)提高道路通行能力、緩解交通擁堵以及減少交通事故起著至關(guān)重要的作用［7］。

本文對(duì)濟(jì)南二環(huán)東路與山大北路交叉口進(jìn)行實(shí)地調(diào)查并采集數(shù)據(jù)，通過(guò)仿真軟件VISSIM 對(duì)交叉口現(xiàn)狀進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)信號(hào)交叉口進(jìn)行配時(shí)調(diào)整和優(yōu)化。

圖1 二環(huán)東路-山大北路交叉口平面圖Fig.1 2-D illustration of the intersection at Erhuan East and Shanda North Roads

1 現(xiàn)狀仿真與分析

1.1 基本情況概述

濟(jì)南二環(huán)東路是104 國(guó)道穿越市區(qū)的一部分，為濟(jì)南市南北走向的一條主要交通干道，同時(shí)，二環(huán)東路是新老城區(qū)的中軸線，是新城與老城聯(lián)系的“咽喉”。

二環(huán)東路與山大北路交叉口南北方向?yàn)殡p向十二車(chē)道，其中，一條BRT 專(zhuān)用車(chē)道，兩條左轉(zhuǎn)車(chē)道，兩條直行車(chē)道，一條右轉(zhuǎn)車(chē)道;東西方向?yàn)殡p向四車(chē)道，其中，一條直左車(chē)道，一條直右車(chē)道，無(wú)專(zhuān)用車(chē)道。尺寸如下:BRT 專(zhuān)用車(chē)道4.25 m;BRT 車(chē)站寬度6 m;機(jī)動(dòng)車(chē)道3.0 m;路緣帶南北方向2 m，東西方向1 m;二環(huán)東路東測(cè)非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度5.5 m，其他非機(jī)動(dòng)車(chē)道3 m;人行橫道寬度6 m;該交叉口平面圖如圖1 所示。交叉口交通量數(shù)據(jù)信號(hào)配時(shí)參數(shù)見(jiàn)表1、表2 及表3。

表1 二環(huán)東路-山大北路交叉口機(jī)動(dòng)車(chē)高峰小時(shí)交通量統(tǒng)計(jì)(單位:pcu/h)Table 1 Vehicle peak hour traffic statistics of the intersection at Erhuan East and Shanda North Roads (unit:pcu/h)

表2 二環(huán)東路-山大北路交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人高峰小時(shí)交通量統(tǒng)計(jì)Table 2 Non-moter vehicle and pedestrian peak hour traffic statistics of the intersections at Erhuan East and Shanda North Roads

表3 交通信號(hào)參數(shù)(單位:s)Table 3 Traffic signal parameters(unit:s)

1.2 現(xiàn)狀仿真

本文通過(guò)底圖導(dǎo)入、建立路網(wǎng)，交通流特征及行駛規(guī)則設(shè)置、車(chē)輛輸入，信號(hào)控制交叉口設(shè)置等過(guò)程對(duì)交叉口進(jìn)行仿真，仿真過(guò)程如圖2 所示。

1.3 仿真結(jié)果分析

對(duì)二環(huán)東路與山大北路交叉口的仿真時(shí)間為3 600 s，根據(jù)仿真過(guò)程給出輸出延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度，如圖3所示。

將仿真得到的交叉口的延誤時(shí)間與美國(guó)HCM 服務(wù)水平分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，得到該交叉口平均延誤時(shí)間為72.7 s，超過(guò)了60 s，交叉口服務(wù)水平達(dá)到F，交叉口處于強(qiáng)制流狀態(tài)，平均車(chē)速小于24 km/h，出現(xiàn)交通堵塞，出現(xiàn)交通量超過(guò)道路通行能力的狀況［9］。

圖2 二環(huán)東路-山大北路現(xiàn)狀仿真過(guò)程Fig.2 Current simulation process for Erhuan East-Shanda North Roads

圖3 各進(jìn)口道延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度匯總表Fig.3 Delay and the queue length statistics table of every entry lane(unit:s)

由此可以得出如下結(jié)論:(1)二環(huán)東路南進(jìn)口直行車(chē)道，二環(huán)東路北進(jìn)口直行、左轉(zhuǎn)車(chē)道，二環(huán)東路西進(jìn)口直左車(chē)道的排隊(duì)長(zhǎng)度過(guò)大;(2)交叉口各方向交通延誤嚴(yán)重;(3)北進(jìn)口直行和左轉(zhuǎn)延誤大于南進(jìn)口直行和左轉(zhuǎn)延誤;(4)南北方向延誤相對(duì)于東西方向延誤過(guò)大，交通處于穩(wěn)定交通流范圍內(nèi)的較差部分，行車(chē)速度和駕駛自由度都受到很大約束限制，舒適和便利程度低下。由于二環(huán)東路與山大北路所處位置，不易對(duì)道路的幾何線形進(jìn)行更改，結(jié)合實(shí)際狀況，剖析交叉口擁堵原因，采用控制策略有效地改善擁堵現(xiàn)狀，降低延誤，提高道路的通行能力和服務(wù)水平。

2 優(yōu)化措施及仿真

2.1 優(yōu)化措施

考慮到二環(huán)東路與山大北路所處的特殊地理位置幾何線形不易進(jìn)行更改的情況，我們從道路服務(wù)設(shè)施以及信號(hào)配時(shí)方面考慮，對(duì)本交叉口進(jìn)行優(yōu)化。

(1)道路服務(wù)設(shè)施

山大北路東進(jìn)口直左車(chē)道延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度過(guò)大的原因是由于直行和左轉(zhuǎn)在同一車(chē)道中相互沖突，考慮到東進(jìn)口設(shè)有專(zhuān)門(mén)直行車(chē)道，故將東進(jìn)口直左車(chē)道改為專(zhuān)用左轉(zhuǎn)車(chē)道。

對(duì)二環(huán)東路與山大北路交叉口處安全島，放棄傳統(tǒng)的路面標(biāo)識(shí)方式，采用凸起方式，便于各方向車(chē)流各行其道，減少隨機(jī)沖突點(diǎn)及延誤［10］。

完善道路路面標(biāo)志標(biāo)線，在山大北路西進(jìn)口處設(shè)行人信號(hào)控制燈。

(2)信號(hào)配時(shí)

本文采用常用的Webster 信號(hào)配時(shí)計(jì)算方法，計(jì)算得出最佳周期時(shí)長(zhǎng)為213 s，三個(gè)相位的有效綠燈時(shí)間分別為119 s、23 s、56 s，優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)參數(shù)如表4 所示［11］。

表4 優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)參數(shù)(單位:s)Table 4 Optimized signal scheduling parameters(unit:s)

2.2 二次仿真結(jié)果

根據(jù)優(yōu)化措施，對(duì)二環(huán)東路與山大北路交叉口進(jìn)行再次仿真，得到各進(jìn)口車(chē)道優(yōu)化前后延誤時(shí)間和排隊(duì)長(zhǎng)度對(duì)比數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖4。

圖4 各進(jìn)口車(chē)道優(yōu)化前后延誤時(shí)間和排隊(duì)長(zhǎng)度對(duì)比Fig.4 Comparison of optimized and non-optimized delay and queue length for every entry lane

由對(duì)比結(jié)果知，優(yōu)化后二環(huán)東路南北方向的延誤有很大幅度的降低，排隊(duì)長(zhǎng)度下降。由于山大北路東進(jìn)口將直左車(chē)道改為專(zhuān)用左轉(zhuǎn)車(chē)道，使得左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)各行其道，由結(jié)果可知，此進(jìn)口道排隊(duì)長(zhǎng)度大大減少，延誤下降。通過(guò)再次仿真與美國(guó)HCM 服務(wù)水平分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，整個(gè)交叉口的平均延誤時(shí)間由原來(lái)的72.7 s 降低為54.1 s，降低了25.6%，交叉口服務(wù)水平由原來(lái)的F 提升到E。VISSIM 仿真驗(yàn)證了所采取措施的可行性［12］。

3 結(jié)語(yǔ)

交叉口是城市道路系統(tǒng)的重要組成部分，也是城市路網(wǎng)中的事故頻發(fā)點(diǎn)，它阻滯了交通的流暢，降低了道路的通行能力。合理地對(duì)交叉口交通運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，找出擁擠堵塞的原因，正確地設(shè)計(jì)交叉口，合理地組織交通，能夠提高交叉口的通行能力，從而增強(qiáng)整個(gè)城市路網(wǎng)的通行能力［7］。交通仿真提供了先進(jìn)的模擬道路交通的手段，對(duì)交叉口的優(yōu)化改造提供了指導(dǎo)作用，對(duì)緩解交通擁堵有著重大的意義。本文采用VISSIM 仿真軟件，對(duì)實(shí)際交叉口進(jìn)行仿真優(yōu)化，并利用該軟件將改善的措施進(jìn)行仿真驗(yàn)證，是對(duì)信號(hào)交叉口配時(shí)優(yōu)化的一種嘗試，也為解決城市擁堵問(wèn)題提供了一個(gè)新的思路。本文針對(duì)二環(huán)東路-山大北路交叉口進(jìn)行研究，沒(méi)有考慮到對(duì)相臨交叉口以及相臨路段的影響，這也將是下一步研究的重點(diǎn)。

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