徐 海 曾鋮泓 郭建鋼 徐錦強 連培昆

（福建農(nóng)林大學交通與土木工程學院，福建 福州 350002）

2018年度，由高德地圖聯(lián)合中國社會科學院社會學研究所、阿里云、華南理工大學林永杰團隊等權威機構和團隊，發(fā)布了《2018年度中國主要城市交通分析報告》。[1]報告指出，在許多大城市中，由于居住區(qū)和工作區(qū)分布不均衡，城市干道常常出現(xiàn)潮汐式的交通現(xiàn)象，造成城市道路資源不均衡利用的問題。國內(nèi)外實踐經(jīng)驗表明：實施可變車道，調(diào)整道路時空資源是解決潮汐交通現(xiàn)象、緩解城市交通擁堵的最有效措施之一。將輕交通流方向的道路資源調(diào)節(jié)給重交通流方向，能在一定程度上減緩重交通流方向的交通壓力，提高整個道路網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行效率。[2]

VISSIM交通仿真軟件是研究可變車道的常用工具，但是軟件存在以下幾點不足：（1）仿真復雜交通行為需要進行二次編程；（2）許多輸出指標無法直接可視化；（3）對于可變車道類型的仿真不夠精確。因此，近年來國內(nèi)外對于可變車道控制技術都進行了大量的研究，基于一維元胞自動控制機模型，應用MATLAB對設置可變車道交叉口進行運行效果分析；[3]以MATLAB的GUI平臺為基礎，利用VISSIM仿真數(shù)據(jù)開發(fā)可變車道設置系統(tǒng)，使可變車道延誤時間可視化；[4]利用可變車道飽和度分析道路交通運行狀況，劃分不同交通狀態(tài)并建立各個狀態(tài)下車道行駛方向優(yōu)化模型。[5]但是，目前研究成果多集中于車道功能切換、信號方案優(yōu)化等方面，[6]欠缺對可變車道連續(xù)仿真的研究。

為了解決在VISSIM交通仿真軟件中無法進行可變車道連續(xù)仿真的問題，本文基于Visual C#，通過for循環(huán)的編程方法，在一個單步仿真過程中設置仿真“斷點”，實現(xiàn)多方案連續(xù)仿真。

1 可變車道介紹

道路交通運行過程中，交通流量呈波動變化。在某個時間段里，某些流向會出現(xiàn)交通流量高峰，從而導致道路交通資源分配不均衡的問題，形成排隊現(xiàn)象。因此，為緩解擁堵壓力，在高峰時段使用動態(tài)車道，[7]該車道車道功能能夠在不同時段變化，以適應交通流潮汐性的特點。

可變車道，又稱“潮汐車道”，是指在不同的時間內(nèi)變化某些車道上的行車方向或行車種類的一種交通組織方式，其特點：（1)雙向通行能力不均衡；（2)隨著早晚高峰而變；（3)可根據(jù)早晚潮汐交通流量設置車道可變的數(shù)量。[8]

可變車道按適用對象可分為兩類：行駛方向可變車道和導向式可變車道。在不同時間內(nèi)變換某些車道上行車方向的稱為行駛方向可變車道，它可緩和車流量方向分布不均勻現(xiàn)象；在不同時間內(nèi)變化交叉口某些進口道車道功能的稱為導向式可變車道，它可緩和各種類型交通的時空分布不均勻性的矛盾，提高道路資源利用率。本文主要針對交叉口導向式可變車道的連續(xù)仿真問題進行研究。

2 現(xiàn)有可變車道仿真方法及不足

目前國內(nèi)外交通仿真大部分采用的是VISSIM軟件，一種微觀的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具。當前可變車道的案例分析和工程實踐方面的研究，一般先借助VISSIM仿真軟件進行模擬仿真，再對比分析可變車道設置前后道路交通運行效果。

傳統(tǒng)采用分階獨立仿真方法。首先，仿真現(xiàn)狀交叉口交通狀況，得到現(xiàn)狀交叉口延誤。其次，改變路徑選擇，在現(xiàn)狀交叉口基礎上，加入可變車道放行方案，仿真得到可變車道延誤。最后，對比兩次仿真得到的延誤，判斷實行可變車道方案后交叉口延誤是否降低。

但是，這種方法存在局限性。傳統(tǒng)分階段仿真忽略了上一個周期滯留的車輛，因此經(jīng)過仿真得到的延誤誤差較大。

3 可變車道連續(xù)仿真

3.1 車道方案的仿真模型

為了彌補傳統(tǒng)仿真方法的局限，需要加入不同的放行方案，進行過渡和連續(xù)仿真，并在此基礎上進行延誤對比分析。相比傳統(tǒng)分階段仿真，連續(xù)仿真具有“糅合”的特點。實際可變車道應用調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無論是交叉口導向式可變車道，還是行駛方向可變車道，都采用定時式控制方法。因此，在可變車道仿真中，需要在一個仿真過程依次進行“現(xiàn)狀放行方案-可變車道放行方案-現(xiàn)狀放行方案”。通過這種仿真方法得到的延誤數(shù)據(jù)與現(xiàn)狀實施可變車道的實際延誤進行對比，判斷可變車道是否能緩解交通壓力。交叉口現(xiàn)狀和可變車道方案的仿真模型見圖1。

圖1 現(xiàn)狀車道方案和可變車道方案的仿真模型

3.2 連續(xù)仿真流程

使 用Visual Studio 2017接 入VISSIM_COMSERVERLib接口，采用C#編寫可變車道連續(xù)仿真程序。具體仿真流程見圖2。

圖2 連續(xù)仿真流程

基本編程指令見表1。

表1 基本編程指令表

3.3 連續(xù)仿真程序

“斷點”程序，指在一個單步仿真中插入斷點，執(zhí)行其他仿真命令，卻不影響單步仿真正常運行?！皵帱c”程序以for循環(huán)為載體。本文將可變車道的起止仿真時間插入一個單步仿真中。當仿真時間到達可變車道開始時刻，執(zhí)行可變車道方案；當仿真時間到達可變車道終止時刻，切換回原通行方案。仿真數(shù)據(jù)獲取程序見圖3，for循環(huán)程序示例見圖4，可變車道方案程序見圖5。

圖3 仿真數(shù)據(jù)獲取

圖4 for循環(huán)程序

圖5 可變車道方案程序示例

4 案例分析

以福州五四華林路交叉口作為案例分析。交叉口各個進口道均為雙向直行、雙向左轉和一條右轉專用道。南北進口道與直行車道相鄰的一條左轉車道為可變車道?，F(xiàn)狀交叉口的車道劃分方案見圖6。

圖6 現(xiàn)狀交叉口的車道劃分方案

4.1 基礎數(shù)據(jù)

選取交叉口17：00-19：00時段進行流量調(diào)查，其中17：30-18：30為晚高峰。交叉口交通量數(shù)據(jù)見表2。

表2 交叉口交通量數(shù)據(jù)（pcu/h）

4.2 信號配時

基本飽和流量是配時計算的重要參數(shù)，參照【GB50647-2011城市道路交叉口規(guī)劃規(guī)范】，直行車道取1700 pcu/h/車道，左轉車道取1400 pcu/h/車道。采用Webster法進行信號配時,最大流量比為0.894，啟動損失時間取3s,黃燈時間3s，全紅時間3s，信號總損失時間12s,最佳周期216s。可變車道信號相位配時方案見圖7。

圖7 可變車道信號相位配時方案

4.3 運行仿真

利用vissim軟件，構建交叉口路網(wǎng)模型，并進行仿真，仿真運行狀態(tài)如圖8。

圖8 交叉口可變車道車流運行仿真圖

（1） 傳統(tǒng)仿真方法

準備兩個仿真路網(wǎng)，一個為原方案，另一個為可變車道方案。原方案進行仿真兩次，每次仿真1800s。可變車道方案仿真一次，3600 s。得到三次仿真延誤數(shù)據(jù)，按照1800+3600+1800秒組成延誤數(shù)據(jù)表，仿真間隔為300秒。

（2） 連續(xù)仿真方法

準備一個仿真路網(wǎng)，在原方案基礎上，南北進口道各添加一條路徑選擇，作為可變車道方案。運行程序，打開仿真文件，仿真7200s，輸出延誤數(shù)據(jù)。

4.4 結果分析

為了檢驗兩種仿真方法的仿真精度，對交叉口延誤進行了實地調(diào)查，并與兩種仿真方法進行對比。實地延誤調(diào)查選取17：00-19：00作為調(diào)查時段，其中晚高峰17：30-18：30。實地調(diào)查間隔為300s，與仿真中延誤數(shù)據(jù)輸出間隔保持一致。兩種仿真方法的延誤及實測延誤數(shù)據(jù)見表3，變化曲線見圖9。

表3 兩種仿真方法的延誤及實測延誤數(shù)據(jù)（s）

圖9 仿真延誤和實測延誤曲線

經(jīng)過數(shù)據(jù)對比和分析，實測可變車道交叉口平均延誤96s，連續(xù)仿真方法延誤93.1s，傳統(tǒng)仿真方法延誤102.7s。傳統(tǒng)仿真方法誤差為6.98%，連續(xù)仿真方法誤差3.02%，仿真誤差降低3.96%。

5 結語

本文在VISSIM仿真軟件的基礎上，使用Vsiual C#對可變車道連續(xù)仿真進行二次開發(fā)，設計了一種能在一次仿真過程中實現(xiàn)可變車道連續(xù)仿真的程序。延誤數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，與實測可變車道延誤對比，相比傳統(tǒng)仿真方法延誤誤差6.98%，連續(xù)可變車道仿真方法的延誤誤差為3.02%，誤差降低了3.96%。連續(xù)可變車道仿真方法的仿真精度更高，對可變車道的研究具有重要意義?；赩ISSIM仿真軟件的二次開發(fā)，還可以進行其他仿真優(yōu)化，例如逆向可變車道仿真研究等。