馬曉旦，劉 杰 （上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

MA Xiaodan,LIU Jie (Management School,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

0 引言

交叉口是不同方向的兩條以上道路的相交處，它是整個(gè)城市道路網(wǎng)不可缺少的組成部分[1]。機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人在交叉口匯集，它們之間的各種沖突，特別容易造成交叉口通行效率降低。交通擁堵會(huì)給人們的生活、工作帶來嚴(yán)重影響[2]。因此，要想使機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人在時(shí)間、空間上井井有序，各行其道，互不干擾，就要對平面交叉口進(jìn)行合理渠化，并對信號燈進(jìn)行科學(xué)配時(shí)，這是保證城市交通暢通無阻的非常重要的舉措[3-4]。

2014年，韓國學(xué)者Wonho Suh和Michael P.Hunter首次提出了利用蒙特卡洛法來減少交叉口處的機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)沖突點(diǎn)的方法，這種方法將機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)位置提前，它在疏緩交叉口處交通擁堵、減少車輛的平均延誤和縮短排隊(duì)時(shí)間甚至減小環(huán)境污染等方面都有顯著效果[5-6]。2014年，中國市政工程總院的陽蘭，根據(jù)信號交叉口的常見問題，為了使車輛最短時(shí)間、最快速度駛過交叉口，提出了拓寬、渠化車道等一系列方法[7-8]。

1 交通調(diào)查

1.1 交叉口現(xiàn)狀。根據(jù)實(shí)地調(diào)查和分析，本文選取上海市控江路—敦化路交叉口作為實(shí)例，對此信號交叉口做了交通組織優(yōu)化研究。控江路—敦化路交叉口位于上海市南北主干道敦化路和東西主干道控江路的交匯處。該交叉口周圍有較多居民居住區(qū)以及各種商鋪，交通量大，行人多，極易造成交通沖突點(diǎn)，所以對其進(jìn)行優(yōu)化研究設(shè)計(jì)很有現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 數(shù)據(jù)采集。本次交通量調(diào)查采用人工觀測法進(jìn)行觀測，每個(gè)交叉口的進(jìn)口道都安排一個(gè)觀測人員，分別對直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的機(jī)動(dòng)車進(jìn)行觀測，并且也要觀測不同的車型。調(diào)查時(shí)間為晚高峰17:00～18:00。調(diào)查結(jié)束后，對每個(gè)進(jìn)口道的交通量進(jìn)行整理換算得表1。

表1 控江路—敦化路交叉口晚高峰交通量

人工觀測現(xiàn)狀渠化并計(jì)時(shí)測出信號配時(shí)，繪出相關(guān)渠化圖（圖1）和相位信號配時(shí)圖（圖2）。

圖1 交叉口現(xiàn)狀渠化圖

圖2 交叉口現(xiàn)狀相位信號配時(shí)圖

2 建模仿真

2.1 現(xiàn)狀分析。根據(jù)調(diào)查到的控江路—敦化路交叉口晚高峰交通量及信號配時(shí)，利用VISSIM仿真軟件對其進(jìn)行微觀仿真，并分別在各個(gè)進(jìn)口道設(shè)置行程時(shí)間檢測器。記錄各個(gè)方向行駛車輛的平均延誤以及平均排隊(duì)長度?？亟贰鼗方徊婵诼肪W(wǎng)圖及機(jī)動(dòng)車仿真圖如圖3和圖4所示。

圖3 控江路—敦化路交叉口的路網(wǎng)圖

圖4 控江路—敦化路交叉口機(jī)動(dòng)車仿真圖

VISSIM仿真軟件有多種評價(jià)指標(biāo)，這些指標(biāo)的輸出方式包括在線顯示、文本文檔以及數(shù)據(jù)庫表格。本文根據(jù)控江路—敦化路信號交叉口的實(shí)際交通現(xiàn)狀，主要選取延誤、排隊(duì)長度對該信號交叉口交通組織進(jìn)行評價(jià)。如表2所示。

表2 控江路—敦化路各進(jìn)口道平均延誤以及排隊(duì)長度

通過仿真出的數(shù)據(jù)評價(jià)報(bào)告可以看出延誤最大的是西進(jìn)口道，第二是東進(jìn)口道，所以最大的問題是東西進(jìn)口道帶來的延誤使得交叉口產(chǎn)生沖突。從平均排隊(duì)長度的表格中可以看出，西進(jìn)口道的平均排隊(duì)長度最大，所以要想提高交叉口運(yùn)行效率，需要對東西進(jìn)口道進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 問題分析。通過對上海市控江路—敦化路信號交叉口的現(xiàn)場調(diào)查與分析，可知該交叉口主要存在的具體交通問題如下：（1）左轉(zhuǎn)車與直行車不僅采用同一個(gè)信號相位，而且采用同一條機(jī)動(dòng)車道，造成交叉口機(jī)動(dòng)車延誤較大。（2）高峰時(shí)段，右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與直行非機(jī)動(dòng)車之間的沖突嚴(yán)重，也會(huì)造成交叉口混亂及車輛延誤。（3）由于渠化及配時(shí)不合理，導(dǎo)致各進(jìn)口的直行車輛排隊(duì)較長，增加了排隊(duì)長度及排隊(duì)時(shí)間。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了提高交叉口的通行能力，減少機(jī)動(dòng)車與行人的沖突，使行人與機(jī)動(dòng)車更加安全地穿越交叉口，本文對控江路—敦化路信號交叉口提出了以下幾個(gè)交通優(yōu)化方案：（1）由于東西方向延誤較多，所以需要對東西方向的進(jìn)口道進(jìn)行優(yōu)化，拓寬進(jìn)口道，在交叉口處將原來的兩個(gè)進(jìn)口道改為三個(gè)進(jìn)口道，寬度由原來的3.5m改為3m。（2）東西進(jìn)口直左、直右車道渠化出專左，直行車道和直右車道三條進(jìn)口道，減少左轉(zhuǎn)與直行沖突。（3）東西的出口道由原來的3.5m變?yōu)?m，從而達(dá)到不影響非機(jī)動(dòng)車道和行人道的寬度拓寬進(jìn)口道。

信號相位由原來的兩相位改成三相位，具體表現(xiàn)為：東西進(jìn)口設(shè)置左轉(zhuǎn)專用相位，將東西方向的左轉(zhuǎn)車輛和直行車輛分開放行，減少車輛之間的沖突，緩解交叉口的擁堵狀況。

優(yōu)化后的信號配時(shí)方案為：信號周期118s，其中第一相位綠燈時(shí)間為60s，黃燈3s，全紅2s。第二相位綠燈時(shí)間為20s，黃燈3s，全紅2s，第三相位綠燈時(shí)間為23s，黃燈3s，全紅2s。

根據(jù)優(yōu)化后的道路渠化以及信號配時(shí)，對該交叉口再次進(jìn)行VISSIM仿真，并與優(yōu)化前的各數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析?？亟贰鼗方徊婵趦?yōu)化后的路徑圖如圖5所示，仿真如圖6所示。

圖5 優(yōu)化后交叉口路徑圖

圖6 優(yōu)化后交叉口機(jī)動(dòng)車仿真圖

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)化后控江路—敦化路交叉口各進(jìn)口道車輛的平均延誤和平均排隊(duì)長度，如表3所示。

表3 優(yōu)化后各進(jìn)口道平均延誤以及平均排隊(duì)長度

由仿真出的評價(jià)報(bào)告可以看出平均延誤以及平均排隊(duì)長度這兩大指標(biāo)的變化。一是各個(gè)進(jìn)口道的平均延誤都有所減少，尤其是東西進(jìn)口道；二是各個(gè)進(jìn)口道的平均排隊(duì)長度也明顯減小。評價(jià)等級也由D上升到B，說明優(yōu)化后的方案能夠提高交叉口的通行效率，使得交叉口的通行能力得到改善，也使得行人與機(jī)動(dòng)車的沖突大大減少，可以有效改善交叉口的擁堵情況。

3 結(jié) 論

城市平面交叉口交通流向多變，并且是機(jī)動(dòng)車和行人交匯的地方，因此特別容易導(dǎo)致交通擁擠而造成車輛延誤，甚至引發(fā)交通事故。因此，為了改善交通現(xiàn)狀、提高交通效率、減少交通事故的發(fā)生，對城市平面交叉口進(jìn)行合理的交通組織優(yōu)化是極其重要的。我國對信號交叉口交通組織優(yōu)化的研究方法和理論都沒有國外的成熟，但是國外與我國城市混合交通的交通特征以及人口、地域因素不相兼容，所以他們的研究方法和理論不能直接借鑒。因此，對于城市信號交叉口交通組織的優(yōu)化需要我們進(jìn)一步研究。

因此，本文以現(xiàn)有交通組織研究為基礎(chǔ)，選取控江路—敦化路信號交叉口作為研究實(shí)例，通過分析實(shí)例信號交叉口的交通現(xiàn)狀及具體交通問題，并結(jié)合該交叉口的實(shí)際情況，分別從渠化交通和信號配時(shí)兩方面做出了優(yōu)化方案，同時(shí)利用交通仿真軟件VISSIM對交叉口優(yōu)化前后建立模型及仿真運(yùn)行。并選取兩大特征參數(shù)（平均排隊(duì)長度和平均延誤）作為評價(jià)指標(biāo)，通過圖和表的形式評價(jià)、對比，分析了控江路—敦化路交叉口的現(xiàn)有方案以及優(yōu)化方案，得出了優(yōu)化方案的平均延誤以及平均排隊(duì)長度較之前明顯減小，論證了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的可行性。