梁雪琴

【摘 要】環(huán)形交叉口一般情況下無(wú)須設(shè)置信號(hào)控制，但交通量較大時(shí)，繞環(huán)島行駛的機(jī)動(dòng)車容易封鎖環(huán)道造成行車混亂和擁堵。為此本文以烏蘭察布市新華大街和建國(guó)三路相交的環(huán)形交叉口為例提出了提高其通行能力的渠化方案和信控方案，利用VISSIM仿真軟件對(duì)不同方案進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)，將通過(guò)車輛數(shù)、車輛延誤、V/C、排隊(duì)長(zhǎng)度作為提高交叉口交通效率的優(yōu)化指標(biāo)，最終得到最佳改善方案，同時(shí)證實(shí)此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性和合理性。

【關(guān)鍵詞】環(huán)形交叉口;通行能力;改善方案;VISSIM仿真建模

中圖分類號(hào)： U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）31-0015-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.007

【Abstract】In general，there is no need to set up signal control at the roundabout，but when the traffic volume is large，the vehicles running around the roundabout are easy to block the roundabout，causing traffic chaos and congestion.Wulanchabu city based on xinhua street and three way cross the intersection as an example of the founding of the people put forward to improve the traffic capacity of Banks and credit control，and changes in traffic flow from low to high，the intersection operation characteristics of different design schemes，finally using the VISSIM simulation software， will be sent to you by number of vehicles，vehicle delay，V/C，the optimizing index of queue length as improving the efficiency of intersection traffic，obtained the best improvement plan，and confirmed the feasibility and rationality of optimization design.

【Key words】Circular intersection;Capacity;Improvement scheme;VISSIM simulation modeling

0 引言

隨著城市交通復(fù)雜性的增加和智能交通的飛速發(fā)展，單一的無(wú)信號(hào)控制交叉口已經(jīng)不能滿足人類活動(dòng)對(duì)交通的需求。在城市道路中，交通擁堵、交通事故普遍發(fā)生于交叉口處。據(jù)高德《2018年度中國(guó)主要城市交通分析報(bào)告》稱，2018年有61%的城市通勤高峰處于緩行狀態(tài)，有13%的城市處于擁堵?tīng)顟B(tài)，26%的城市不受通勤擁堵威脅，與2017年相比全國(guó)62%的城市擁堵同比下降，27%的城市基本持平，只有11%的城市擁堵呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。近年交通擁堵的逐步緩解，與政府對(duì)交通治理的重視、智能交通新技術(shù)在城市中的運(yùn)用等因素有關(guān)。為使城市“交通健康指數(shù)”高于健康水平線，處于健康狀態(tài)，道路網(wǎng)絡(luò)和交叉口的建設(shè)和改善刻不容緩。

在國(guó)外，F(xiàn)ouladvand M等人對(duì)遵循“環(huán)內(nèi)優(yōu)先”原則行駛的車輛進(jìn)行了模擬，并用延誤指標(biāo)評(píng)價(jià)環(huán)形交叉口與十字信號(hào)交叉口的優(yōu)劣[1]。Tanyel S.在環(huán)島通行能力研究中運(yùn)用到了間隙—接受模型，并認(rèn)為這一模型計(jì)算通行能力效果顯著，但在具體應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)該根據(jù)道路幾何條件的差異對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整運(yùn)用[2]。Anderson、Martin把信號(hào)控制環(huán)形交叉口應(yīng)用到了實(shí)際交叉口中，取得了較好的效果[3]。

在我國(guó)，楊佩昆教授在出版的《交通管理與控制》一書(shū)中提到將信號(hào)燈運(yùn)用于環(huán)形交叉口的理念，同時(shí)探討了用科學(xué)、高效的交通管制措施來(lái)提高環(huán)形交叉口交通效益[4]。王煒、高海龍等研究員提出了基于環(huán)島通行能力的有序算法，此法綜合考慮了環(huán)島通行能力的影響因素，其計(jì)算簡(jiǎn)單但有序度的精確標(biāo)定不易實(shí)現(xiàn)[5]。

1 交叉口現(xiàn)狀與存在問(wèn)題分析

東西方向的新華大街和南北方向的建國(guó)三路相交而成的環(huán)形交叉口，其相交道路均為次干道，無(wú)信號(hào)燈控制。進(jìn)出口車道均為兩車道，新華街西起京銀線，東盡朝陽(yáng)街，建國(guó)三路北接通達(dá)路，南接通州街。其中，新華大街和建國(guó)三路均未設(shè)置中央分隔帶。環(huán)島內(nèi)過(guò)街行人較多，但未設(shè)置人行橫道，車輛禮讓行人則會(huì)造成系列擁堵。

該交叉口中心島半徑為44m，環(huán)道為三車道，未對(duì)車道功能進(jìn)行劃分，環(huán)道總寬度為13.5m，w1=w2=w3=4.5m，交織長(zhǎng)度為45m，一切車輛均按照逆時(shí)針?lè)较蚶@中心島單向行駛。環(huán)形交叉口高峰流量數(shù)據(jù)情況見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)環(huán)形交叉口的實(shí)際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其交通運(yùn)行存在以下問(wèn)題。

1）該交叉口出行車輛較多，尤其是通往建國(guó)三路東路方向的車輛居多，出入環(huán)道的車輛互不相讓發(fā)生嚴(yán)重沖突，造成混亂與擁堵。

2）環(huán)島半徑較大，車輛繞環(huán)行駛距離遠(yuǎn)，對(duì)左轉(zhuǎn)車不利。

3）各個(gè)進(jìn)口車輛通過(guò)該交叉口時(shí)存在一定的車輛延誤。

4）西進(jìn)口的直行和左轉(zhuǎn)車輛排隊(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)。

表1 新華大街和建國(guó)三路環(huán)形交叉口高峰期

交通數(shù)據(jù)（單位：pcu/h）

Table.1 Traffic data at intersection between Xinhua Tara and Jianguo third road

2 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

由于新華大街和建國(guó)三路所處地理位置人、車流量較多，為了不長(zhǎng)期影響城市交通的正常運(yùn)行，考慮從渠化設(shè)計(jì)和信號(hào)配時(shí)兩方面對(duì)交叉口進(jìn)行改善。

圖1 環(huán)形交叉口渠化設(shè)計(jì)

Fig.1 Channelized design of roundabout

2.1 渠化方案設(shè)計(jì)

交叉口設(shè)有三條環(huán)道，新華大街和建國(guó)三路進(jìn)出口各設(shè)有兩條車道，分為直左和直右，根據(jù)交叉口面積和道路紅線寬度，進(jìn)行了渠化改善。具體渠化方法如下：

1）縮小中心環(huán)島

中心環(huán)島半徑由44m縮小至40m。

2）拓寬環(huán)道

環(huán)道寬由4.5m均拓寬為5m。

3）拓寬進(jìn)出口車道

將該環(huán)交各方向進(jìn)出口道均拓寬為3車道，為兩直左一專用右轉(zhuǎn)，建國(guó)三路車道由原來(lái)的2.75m增加至3m，新華大街車道保持3m不變。

4）規(guī)劃非機(jī)動(dòng)車道

解決機(jī)非混行，減少交通事故的發(fā)生。

渠化設(shè)計(jì)圖如圖1。

2.2 信號(hào)控制設(shè)計(jì)

單重信號(hào)控制一般為兩相位和四相位，由于四相位限定因素較多，適用于每個(gè)進(jìn)口道流量較小情況下，各相位最大流量比之和小于0.9的環(huán)島，因此針對(duì)該環(huán)形交叉口單重信號(hào)控制采用兩相位。配時(shí)方法與設(shè)置如下：

1）信號(hào)周期的確定

最佳周期計(jì)算公式如下;

C■=■（1）

式中：C0—最佳信號(hào)周期，s;

Y—各相位最大飽和度yi之和;

Y=■max[y■，y■■]（2）

式中：i為相位數(shù);

y=Q/S（3）

式中：Q為各進(jìn)口道流量，pcu/h，S為進(jìn)口道各車道飽和流率，pcu/h;

L—損失時(shí)間，s;

L=■（L■+I-A）（4）

式中：Li—起始的損失時(shí)間，一般為3s;

A—黃燈時(shí)長(zhǎng)，s，使進(jìn)入環(huán)道的車輛駛出交叉口，一般取3s。

I—綠燈間隔時(shí)間，s，其包括黃燈和紅燈時(shí)間，計(jì)算方法為相鄰相位停車線到?jīng)_突點(diǎn)的距離除運(yùn)行速度加上機(jī)動(dòng)車制動(dòng)時(shí)間，即：

I=■+■（5）

式中：α為制動(dòng)加速度，取4m/s2計(jì)算，ωi為中心島邊緣第一個(gè)環(huán)道寬度，v0為行駛速度。

新華大街和建國(guó)三路環(huán)形交叉口根據(jù)表1中數(shù)據(jù)和公式（2）和（3）可得到交通流量比見(jiàn)表2。

2）各相位綠燈時(shí)長(zhǎng)

各相位綠燈時(shí)長(zhǎng)是使車輛通過(guò)交叉口的時(shí)間，得各相位總的有效綠燈時(shí)長(zhǎng)為：

G=C■-L（6）

根據(jù)各相位的最大流量，按比例分配后，得各相位的有效綠燈時(shí)長(zhǎng)為：

G■=G■（7）

全紅時(shí)間為：

AR=I-A（8）

取啟動(dòng)損失時(shí)間和清尾損失時(shí)間Ls=3s，黃燈時(shí)間A=3s，行駛速度V0=30km/h，環(huán)道寬度ωi=5m，中心島半徑40m，制動(dòng)加速度α=4m/s2。根據(jù)式2.1、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8進(jìn)行信號(hào)配時(shí)計(jì)算得：

綠燈間隔時(shí)間I=■+■=■+■=6（s）

周期時(shí)長(zhǎng)C■=■=■=112（s）

總損失時(shí)間L=■（L■+I-A）=2×（3+6-3）=12（s）

有效綠燈時(shí)間G=C■-L=112-12=100（s）

東西相位有效綠燈g■=100×■=45（s）

南北相位有效綠燈g■=100×■=55（s）

東西相位顯示綠燈時(shí)間G■=g■-A+Ls=45+3-3=45（s）

南北相位顯示綠燈時(shí)間G■=g■-A+Ls=55-3+3=55（s）

根據(jù)以上的計(jì)算，將左轉(zhuǎn)車和直行車一同放行，得到環(huán)島兩相位配時(shí)方案如圖2。

經(jīng)計(jì)算得到在環(huán)形交叉口各設(shè)立一組信號(hào)燈，東西方向綠燈時(shí)長(zhǎng)為45s，黃燈3s，紅燈時(shí)長(zhǎng)64s，南北方向綠燈時(shí)長(zhǎng)55s，黃燈3s，紅燈54s。

3 仿真分析

通過(guò)設(shè)置節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)，選擇通過(guò)車輛數(shù)、車輛延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度、V/C作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以高峰時(shí)段流量作為各車道進(jìn)口流量，對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，新華大街和建國(guó)三路相交的環(huán)形交叉口兩種通行能力改善方案仿真結(jié)果與公式計(jì)算結(jié)果如表3所示。仿真檢測(cè)和公式計(jì)算的通行能力存在一定的誤差，但顯然信控方案在通行能力、車均延誤、V/C等評(píng)價(jià)指標(biāo)中最優(yōu)。由于受到信號(hào)燈的控制，信控方案排隊(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，故考慮結(jié)合渠化方案和信控方案一起使用。環(huán)形交叉口在高峰流量下，選取信控方案，在平峰流量下，保證交通需求下為了減少車輛排隊(duì)長(zhǎng)度，選用渠化方案。通過(guò)公式計(jì)算不同方案下的通行能力，其誤差為19.3%、11%和9.5%，在允許誤差內(nèi)，故說(shuō)明了方案的合理性和可行性。

4 結(jié)論

本文結(jié)合具體交叉口實(shí)例，在調(diào)查現(xiàn)狀高峰數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)算得到的配時(shí)方案，對(duì)不同流量和不同方案運(yùn)用VISSIM仿真軟件創(chuàng)建仿真模型并進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的分析。最終得到了平峰時(shí)期使用渠化后的無(wú)信號(hào)控制環(huán)島，高峰時(shí)期采用渠化后的信號(hào)控制環(huán)島的合理結(jié)論。

表3 仿真數(shù)據(jù)對(duì)比表

Table.3 Simulation data comparison table

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