杭佳宇，周溪召 （上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

基于VISSIM仿真的學(xué)府路與谷陽路交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)

杭佳宇，周溪召 （上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

平面交叉口的交通行為復(fù)雜，易受到交通環(huán)境、人流、車流的影響，并因?yàn)槠浣煌ò踩圆睿ㄐ心芰Φ投蔀橛绊懗鞘械缆吠ㄐ心芰Φ摹捌款i”。并且，隨著城市機(jī)動車社會保有量和年增長幅度的逐步提高，作為在城市道路網(wǎng)中起著轉(zhuǎn)換交通流向作用的平面交叉口，其面臨的交通矛盾日益突出，所以得出平面交叉口的交通治理在城市交通管理中越來越重要。文章以鎮(zhèn)江市學(xué)府路—谷陽路交叉口為例，首先對交叉口的早高峰進(jìn)行交通量調(diào)查，運(yùn)用VISSIM軟件進(jìn)行微觀仿真，然后對交叉口進(jìn)口道進(jìn)行渠化設(shè)計(jì)、信號配時(shí)優(yōu)化，將優(yōu)化前后的仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析，得出：運(yùn)用VISSIM軟件對交叉口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠降低交叉口車輛的行程時(shí)間與平均延誤，從而提高交叉口通行能力，緩解交叉口交通擁堵情況。

交叉口；交通擁堵；交叉口渠化；信號配時(shí)；交通仿真

0 引 言

城市交通是城市經(jīng)濟(jì)生活的命脈，是衡量一個(gè)城市文明進(jìn)步的標(biāo)志，對于城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高起著十分重要的作用。在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，機(jī)動車保有量快速增長，導(dǎo)致了交通需求與道路設(shè)施之間的尖銳矛盾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)動車在城市市區(qū)中的旅行時(shí)間約有三分之一花在了平面交叉口，60%以上的交通事故發(fā)生在平面交叉口及其周圍[1-2]。作為城市交通網(wǎng)的重要組成部分，交叉口是道路通行能力的瓶頸和交通阻塞及事故的多發(fā)地。城市的交通擁堵，大部分是由于交叉口的通行能力不足或沒有充分利用造成的。由此可見，對交叉口實(shí)行科學(xué)的管理與控制是交通控制工程的重要研究課題[3]。

VISSIM交通仿真軟件應(yīng)用于城市交通網(wǎng)絡(luò)（特別是交叉口）交通運(yùn)行狀況仿真分析及交通方案的優(yōu)化與評定，為在我國的復(fù)雜混合交通條件下確定交叉口乃至整個(gè)城市交通組織方案提供了一條切實(shí)可行的新思路和新方法，具有良好的操作性和實(shí)用性[4-6]。本文以鎮(zhèn)江市學(xué)府路—谷陽路交叉口為例，首先通過信號配時(shí)優(yōu)化，然后在VISSIM仿真的基礎(chǔ)上，提出空間優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，最后對時(shí)空優(yōu)化后的交叉口重新進(jìn)行信號配時(shí)優(yōu)化，并通過VISSIM仿真，發(fā)現(xiàn)該交叉口的交通效益有了很大的改善。

VISSIM系統(tǒng)是一個(gè)離散的、隨機(jī)的、以0.1s為時(shí)間步長的微觀交通仿真軟件。車輛的縱向運(yùn)動采用了德國Karlsruhe大學(xué)Wiedemann教授的心理—生理跟車模型；橫向運(yùn)動（車道變換）采用了基于規(guī)則（Rule-based）的算法[7-8]。不同駕駛員行為的模擬分為保守型和冒險(xiǎn)型。Wiedemann的跟車模型是迄今用于計(jì)算機(jī)交通仿真的最為精確的模型之一，基于這一理論基礎(chǔ)而開發(fā)的微觀交通仿真軟件VISSIM能夠較真實(shí)地反映和重現(xiàn)實(shí)際交通狀況，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。VISSIM軟件系統(tǒng)內(nèi)部由交通仿真器和信號狀態(tài)發(fā)生器兩大程序組成，它們之間通過接口來交換檢測器的呼叫和信號狀態(tài)。

交通仿真器是一個(gè)微觀的交通流仿真模型，它包括跟車模型和車道變換模型。信號狀態(tài)發(fā)生器是一個(gè)信號控制軟件，它以仿真步長為基礎(chǔ)不斷地從交通仿真器中獲取檢測信息，決定下一仿真時(shí)刻的信號狀態(tài)并將這信息傳送給交通仿真器[9]。

VISSIM仿真軟件可以生成一系列的評價(jià)指標(biāo)，這些指標(biāo)是對路段、車輛、公交、信號燈等仿真元素在仿真運(yùn)行過程當(dāng)中狀態(tài)變化的記錄或者某個(gè)參量的累加，這些指標(biāo)使得可以對仿真過程中各個(gè)元素的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行量的判斷[10]。VISSIM的操作使用主要分為三大步驟（如圖1所示）：

圖1

1 交通調(diào)查

交叉口是交通量調(diào)查的重點(diǎn)對象。與路段相比，交叉口的交通情況非常復(fù)雜，因此，交叉口的交通量調(diào)查一般采用人工觀測法進(jìn)行觀測。另外，交叉口附近的車輛檢測器采集到的數(shù)據(jù)也可以利用，對交叉口交通量進(jìn)行人工觀測時(shí)，每個(gè)交叉口的進(jìn)口至少需要一個(gè)觀測人員，當(dāng)交通量較大時(shí)，為了保證精度，每個(gè)路口最好安排三個(gè)以上的觀測人員，分別觀測直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)車流，必要時(shí)甚至對不同車型也應(yīng)分別觀測[11]。

交叉口的調(diào)查應(yīng)選擇在高峰時(shí)車流、人流最大的時(shí)刻進(jìn)行。當(dāng)機(jī)動車高峰、自行車高峰和行人高峰不重合時(shí)，可分別測定，找出它們之間的關(guān)系及其合成量最大的數(shù)值。

對學(xué)府路與谷陽路交叉口進(jìn)行交通量調(diào)查，調(diào)查早高峰期間的交通量，調(diào)查時(shí)間為7am～8am。調(diào)查期間，在交叉口附近小區(qū)的樓道里對交叉口進(jìn)行錄像拍攝，時(shí)間為1小時(shí)，分三次拍攝，每次20分鐘。攝像結(jié)束后，對視頻內(nèi)的車流量進(jìn)行整理，每個(gè)進(jìn)口道分左轉(zhuǎn)，直行，右轉(zhuǎn)三個(gè)流向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；同時(shí)，將車型分為小、中、大、非機(jī)動車四種車型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

通過交通調(diào)查，獲得學(xué)府路—谷陽路交叉口的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過搜索獲得學(xué)府路與谷陽路交叉口的衛(wèi)星地圖，將地圖作為仿真底圖。

對學(xué)府路—谷陽路交叉口早高峰的交通量進(jìn)行整理換算得表1。觀察早高峰期間學(xué)府路—谷陽路交叉口的信號配時(shí)，早高峰期間的配時(shí)為：第一、三相位24s，第二、四相位17s。谷陽路與—學(xué)府路交叉口早高峰相位圖如圖2所示。

表1 學(xué)府路—谷陽路交叉口早高峰交通量

圖2 谷陽路—學(xué)府路交叉口早高峰相位圖

圖3 學(xué)府路—谷陽路交叉口路網(wǎng)圖

2 建模仿真

（1）現(xiàn)狀分析。對學(xué)府路與谷陽路交叉口早高峰進(jìn)行微觀仿真，在四個(gè)進(jìn)口道設(shè)置行程時(shí)間檢測器。記錄東進(jìn)口道與南進(jìn)口道各個(gè)方向行駛車輛的行程時(shí)間和平均延誤，將輸入文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，進(jìn)行分析。學(xué)府路—谷陽路交叉口路網(wǎng)圖如圖3所示，對學(xué)府路—谷陽路現(xiàn)有交叉口機(jī)動車進(jìn)行仿真如圖4所示。

圖4 學(xué)府路—谷陽路交叉口機(jī)動車仿真圖

通過仿真，將VISSIM仿真的輸出文件進(jìn)行整理，得到東進(jìn)口道與南進(jìn)口道上各流向車輛的行程時(shí)間、平均延誤，如表2所示。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)。對學(xué)府路與谷陽路交叉口各進(jìn)口道進(jìn)行渠化設(shè)計(jì)：

東進(jìn)口渠化：將進(jìn)口道設(shè)為四車道，分別為一條左轉(zhuǎn)專用車道，一條右轉(zhuǎn)專用車道，兩條專用直行車道，出口為三車道。

西進(jìn)口渠化：將進(jìn)口道設(shè)為五車道，分別為一條左轉(zhuǎn)專用車道，一條右轉(zhuǎn)專用車道，三條專用直行車道，出口為兩車道。

南進(jìn)口渠化：將南進(jìn)口設(shè)為四車道，分別為一條左轉(zhuǎn)專用車道，一條右轉(zhuǎn)專用車道，兩條專用直行車道，出口為三車道。

表2 優(yōu)化前東進(jìn)口道和南進(jìn)口道各流向車輛行程時(shí)間與平均延誤表

北進(jìn)口渠化：將北進(jìn)口設(shè)為五車道，分別為一條左轉(zhuǎn)專用車道，一條右轉(zhuǎn)專用車道，三條專用直行車道，出口為三車道。

相應(yīng)的優(yōu)化信號配時(shí)：第一相位35s，第二相位22s，第三相位26s，第四相位24s。優(yōu)化后的信號燈周期為119s。

在VISSIM軟件中對優(yōu)化后的學(xué)府路—谷陽路交叉口進(jìn)行重新仿真，將優(yōu)化仿真后的結(jié)果與優(yōu)化前的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。學(xué)府路—谷陽路交叉口優(yōu)化后的路網(wǎng)如圖5所示，仿真如圖6所示。

圖5 優(yōu)化后交叉口路網(wǎng)圖

圖6 優(yōu)化后交叉口仿真圖

重新對VISSIM仿真的輸出文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出優(yōu)化后學(xué)府路—谷陽路交叉口東進(jìn)口道與南進(jìn)口道上各流向車輛的行程時(shí)間和平均延誤，如表3所示。

表3 優(yōu)化后東進(jìn)口道和南進(jìn)口道各流向車輛行程時(shí)間與平均延誤表

（3）對比分析。將學(xué)府路—谷陽路交叉口優(yōu)化前后的仿真結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 學(xué)府路—谷陽路交叉口東、南進(jìn)口道優(yōu)化前后車輛行程時(shí)間對比圖

由圖7分析可以得出，對學(xué)府路—谷陽路交叉口進(jìn)行渠化、信號配時(shí)優(yōu)化后，早高峰期間，經(jīng)過交叉口的大部分車輛的行程時(shí)間均有所下降，尤其是南進(jìn)口的左轉(zhuǎn)車輛，車輛行程時(shí)間下降十分明顯。由圖8分析可以得出，學(xué)府路—谷陽路交叉口早高峰期間的車輛平均延誤都減少了。綜上分析可以得出，通過對交叉口的信號配時(shí)優(yōu)化與渠化設(shè)計(jì)，可以改善交叉口的車輛運(yùn)行情況，有效緩解交叉口的車輛擁堵和延誤情形。

3 結(jié)論

本文以鎮(zhèn)江市典型交叉口，學(xué)府路—谷陽路交叉口為例，運(yùn)用VISSIM仿真軟件進(jìn)行微觀仿真。通過對交叉口進(jìn)行信號配時(shí)優(yōu)化和交叉口渠化設(shè)計(jì)，然后對時(shí)空優(yōu)化后的交叉口重新進(jìn)行VISSIM仿真，根據(jù)仿真結(jié)果，對輸出文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，運(yùn)用軟件分析得出，通過學(xué)府路—谷陽路交叉口車輛的行程時(shí)間和平均延誤均有所下降，該交叉口的交通效益有了很大的改善。

文章在研究過程中主要考慮了機(jī)動車對于城市交叉口通行效益的影響，而交叉口的實(shí)際通行效益不僅受到機(jī)動車的影響，還受到行人、非機(jī)動車等其他因素的影響，尤其在一些中小城市中，非機(jī)動車的保有量也在不斷提高，對城市交通的影響也越來越嚴(yán)重。因此，對城市路網(wǎng)中交叉口通行效益的研究有待深入。

圖8 學(xué)府路—谷陽路交叉口東、南進(jìn)口道優(yōu)化前后車輛平均延誤對比圖

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Optimum Design of Xuefu Road-Guyang Road Intersection Based on VISSIM Simulation

HANG Jiayu,ZHOU Xizhao (Management School,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

The traffic behavior at the intersection is complex,it is susceptible to traffic environment,crowd and traffic flow.Because of the intersection's poor traffic safety and low traffic capacity,it becomes a bottleneck of urban the road capacity.Moreover,with the gradual increase of the number of urban motor vehicles,the traffic conflicts at the intersection are becoming increasingly prominent.Therefore,the traffic control of the intersections is becoming more and more important in urban trafficmanagement.In thispaper,the intersection of Xuefu Road and Guyang Road is taken as an example.First,the traffic volume survey is carried out at the intersection.VISSIM software isused formicro simulation.Then,the channel design of the intersection is optimized,and the simulation is optimized.The results show that the VISSIM software can be used to optimize the design of the intersection,which can reduce the travel time and average delay of the vehicle,so as to improve the traffic capacity of the intersection and alleviate the traffic congestion.

intersection;traffic jam;intersection channelization;signal timing;traffic simulation

F570

A

1002-3100(2017)12-0092-04

2017-10-11

杭佳宇（1992-），女，江蘇鎮(zhèn)江人，上海理工大學(xué)管理學(xué)院碩士研究生，研究方向：交通規(guī)劃與管理；周溪召（1964-），男，浙江寧波人，上海理工大學(xué)管理學(xué)院，教授，研究方向：交通規(guī)劃與管理。