侯露露

基于仿真的城市交叉口直行待行區(qū)的研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)

侯露露

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

交叉口利用率不高的現(xiàn)象普遍存在，而目前解決交叉口擁堵所采取的措施造成信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)、油耗增加等問(wèn)題。本研究結(jié)合調(diào)查資料以及實(shí)地測(cè)算，通過(guò)研究直行待行區(qū)對(duì)信號(hào)交叉口增加的通行能力的計(jì)算，并通過(guò)vissim仿真軟件模擬計(jì)算為待行區(qū)的應(yīng)用提供理論支撐。針對(duì)銀川市適用交叉口，通過(guò)設(shè)置待行區(qū)、渠化交叉口等方案，最終使之能夠有效地提高交叉口的通行能力。

直行待行區(qū)；通行能力；vissim仿真；延誤；排隊(duì)

前言

交叉口不同于基本路段，在基本路段車輛沿著一個(gè)流向行駛受到的干擾較小，尤其具有分隔帶的基本路段受到側(cè)向干擾就更小[1]，而交叉口類似于樞紐中心，特別對(duì)于平面交叉口，機(jī)動(dòng)車，非機(jī)動(dòng)車及行人交通的分流合流及交叉，使得該處的交通狀況尤其復(fù)雜。因此，如何利用高效的交通組織和交通控制方法來(lái)解決交通擁堵是有待解決的問(wèn)題。本文將系統(tǒng)的分析和計(jì)算平面交叉口通行能力，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)VISSIM仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)以緩解城市交通擁堵。

1 直行待行區(qū)

1.1 直行待行區(qū)的設(shè)置理念[2]

（1）盡可能減少工程量，縮短建設(shè)周期；

（2）以最少的投資獲取最大效益；

（3）做到時(shí)間與空間上的互補(bǔ)；

（4）盡可能減少對(duì)城市交通的影響。

1.2 直行待行區(qū)的設(shè)置條件

雖然直行待行區(qū)能夠提高交叉口通行能力、降低機(jī)動(dòng)車延誤，但并不是所有的交叉口都適合設(shè)置直行待行區(qū)[3]。平面十字交叉口直行待行區(qū)的設(shè)置條件如下：

（1）必須為信號(hào)控制交叉口，且在無(wú)禁令措施條件下的信號(hào)配時(shí)至少為四相位；

（2）相交道路等級(jí)盡量是干路及以上，以保證進(jìn)口道有足夠的車道數(shù)；

（3）交叉口渠化情況要好，且必須設(shè)有左轉(zhuǎn)專用車道；

（4）設(shè)置直行待行區(qū)的進(jìn)口道直行車輛要達(dá)到一定的數(shù)量[4]。

2 交叉口設(shè)計(jì)通行能力的計(jì)算

（1）一條直行或右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)專用車道的設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式

式中：Cs、Cr、Cl為一條直行或右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)專用車道的設(shè)計(jì)通行能力，pcu/h；T為信號(hào)燈周期，s；tg為信號(hào)每周期內(nèi)的該車道綠燈時(shí)間，s；to為綠燈亮后第一輛車啟動(dòng)、通過(guò)停車線的時(shí)間，s；ti為前后兩車連續(xù)通過(guò)停車線的平均車頭時(shí)距，s/puch；為折減系數(shù)，可用0.8[5]。

（2）直右車道設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式

式中：Csr為一條直右車道的設(shè)計(jì)通行能力，pcu/h。

（3）直左車道設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式

式中：Csl為一條直左車道的設(shè)計(jì)通行能力，pcu/h；β'為一條直左車道中左轉(zhuǎn)車所占比例。

（4）直左右車道設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式

式中：Cslr為一條直左右車道的設(shè)計(jì)通行能力，pcu/h[6]。

3 交叉口交通現(xiàn)狀分析

3.1 交叉口現(xiàn)狀

親水大街與黃河路交叉口位于銀川市金鳳區(qū)，路口西側(cè)，南側(cè)各施劃了相應(yīng)的直行待行區(qū)和左轉(zhuǎn)待行區(qū)。黃河路是一條東西方向的城市快速路，西進(jìn)口架著親水橋，東西車道中間有BRT車道，東臨寧大南校區(qū)，六盤(pán)山高級(jí)中學(xué)和居民區(qū)，親水大街是一條常規(guī)公交線路，兩條道路為十字交叉。

3.2 交通量的調(diào)查

通過(guò)對(duì)親水街和黃河路口交叉口的分析，主要對(duì)其通行能力、行車延誤、信號(hào)周期和高峰期的交通需求進(jìn)行分析，從整體上看，該交叉口的信號(hào)配時(shí)較為合理，是一個(gè)典型的平面信號(hào)十字交叉路口。

圖1 親水大街與黃河路交叉口衛(wèi)星圖

3.3 道路幾何條件的調(diào)查

該路口為“十”字形交叉口，對(duì)于南北道路，其兩道路的寬度相等，共3110厘米，南進(jìn)口有四個(gè)直行道，2個(gè)左轉(zhuǎn)車道，1個(gè)直右車道；北進(jìn)口有4個(gè)直行道，2個(gè)左轉(zhuǎn)車道，1個(gè)直右車道。且南進(jìn)口設(shè)有一個(gè)直行待行區(qū)和一個(gè)左轉(zhuǎn)待行區(qū)，對(duì)于東西走向，東進(jìn)口有3個(gè)直行道和一個(gè)BRT車道，以及一個(gè)左轉(zhuǎn)車道和一個(gè)右轉(zhuǎn)車道，而西進(jìn)口有一直行道和2個(gè)左轉(zhuǎn)道和一直右車道。綠化帶寬度為488厘米，非機(jī)動(dòng)單車道寬度為400厘米。

3.4 早中晚高峰期各進(jìn)口設(shè)計(jì)通行能力的計(jì)算結(jié)果

經(jīng)公式計(jì)算，早中晚高峰期各進(jìn)口設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算結(jié)果如下：

（1）早高峰期

Ce：1039pcu/h Cw：560pcu/h

Cs：1731pcu/h Cn：1476pcu/h

（2）午高峰期

Ce：1391pcu/h Cw：788pcu/h

Cs：544pcu/h Cn：1006pcu/h

（3）晚高峰期

Ce：792pcu/h Cw：761pcu/h

Cs：1131pcu/h Cn：1105pcu/h

4 Vissim模擬仿真

4.1 vissim仿真步驟

（1）構(gòu)建道路圖2所示；

圖2 構(gòu)建道路

（2）輸入進(jìn)口車流量及分流如圖3、4所示；

圖3 輸入進(jìn)口車流量及分流

圖4 輸入進(jìn)口車流量及其分流

（3）路徑?jīng)Q策圖5、信號(hào)控制如圖6所示；

圖5 輸入路徑?jīng)Q策

圖6 信號(hào)控制圖

（4）停車線如圖7所示。

圖7 信號(hào)控制燈組

4.2 Vissim仿真結(jié)果

圖8 早高峰期排隊(duì)長(zhǎng)度

圖9 午高峰期排隊(duì)長(zhǎng)度

圖10 晚高峰期排隊(duì)長(zhǎng)度

圖11 早高峰期延誤數(shù)據(jù)

圖12 午高峰期延誤數(shù)據(jù)

圖13 晚高峰期延誤數(shù)據(jù)

5 優(yōu)化措施研究及設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)通行能力，延誤及排隊(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行比較，得出三種方案。

5.1 信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方案一

西東直行時(shí)間略長(zhǎng)，致使東西左轉(zhuǎn)有一個(gè)延誤；南進(jìn)口直行結(jié)束后，東西直行有一個(gè)延誤，西東直行正常；西東左轉(zhuǎn)和東西左轉(zhuǎn)時(shí)間略長(zhǎng)，對(duì)其略微改動(dòng)。

圖14 優(yōu)化配時(shí)相位圖

具體改動(dòng)為：東西左轉(zhuǎn)由19s改為17s，西東直行由46s改為42s，西東左轉(zhuǎn)由35s改為32s。并對(duì)其仿真運(yùn)行結(jié)果如下：

圖15 優(yōu)化方案一排隊(duì)長(zhǎng)度

圖16 優(yōu)化方案一延誤數(shù)據(jù)

5.2 道路渠化優(yōu)化方案二

西進(jìn)口排隊(duì)長(zhǎng)度較其他進(jìn)口都略長(zhǎng)，延誤時(shí)間都較接近平均值，通過(guò)路口渠化的概念及設(shè)置條件利用交叉口的空閑區(qū)域來(lái)組織進(jìn)行直行待行交通，具體渠化圖如下：

圖17 道路渠化設(shè)計(jì)圖

仿真結(jié)果如下：

圖18 排隊(duì)長(zhǎng)度分析表

圖19 延誤分析數(shù)據(jù)

5.3 綜合信號(hào)配時(shí)與路口渠化優(yōu)化方案三

綜合信號(hào)配時(shí)方案一與道路渠化方案二得出優(yōu)化方案三，信號(hào)配時(shí)圖見(jiàn)方案一，道路渠化圖見(jiàn)方案二，通過(guò)VISSIM仿真得出以下數(shù)據(jù)：

圖20 排隊(duì)長(zhǎng)度分析數(shù)據(jù)

圖21 延誤分析數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)親水大街與黃河路口交叉口交通流以及道路物理結(jié)構(gòu)的研究和分析，設(shè)計(jì)得出三種方案仿真模擬，通過(guò)對(duì)比三種方案的延誤數(shù)據(jù)與排隊(duì)長(zhǎng)度的分析得出：第三種優(yōu)化方案也就是信號(hào)配時(shí)加上道路渠化為最優(yōu)方案，建議采納。

[1] 李立源,曹大鑄.道路交通流最優(yōu)預(yù)測(cè)與交叉口最優(yōu)控制[J].控制理論與應(yīng)用.1993,10(1);67-72.

[2] 楊佩昆,吳兵.交通控制與管理[M].北京:人民交通出版社,2004,52, 87-104.

[3] 戴冀峰,馬健霄等.交通工程概論[M].北京:人民交通出版社,2006, 35-40,235-240.

[4] 楊浩.鐵路運(yùn)輸組織學(xué)[M].中國(guó)鐵道出版社,2011.

[5] 尚德申,王山川,王文紅.信號(hào)交叉口直行待行區(qū)的設(shè)置研究[J].中外公路, 2010, 30(001):29-31.

[6] 蔡磊.城市平面交叉路口交通信號(hào)優(yōu)化控制[D].長(zhǎng)春:大連理工大學(xué)碩士論文.2008.12: 1-20.

Research and optimal design of straight awaiting traveling area at urbanintersection based on simulation

Hou Lulu

（School of Automobile, Chang’ an University, Shaanxi Xi’an 710064）

The phenomenon of low utilization rate at intersections is common, and the measures currently taken to solve congestion at intersections cause problems such as long signal cycles and increased fuel consumption. The research combines the survey and field calculations, through the calculation of the increase of the capacity of the signal intersection at the straight waiting area, and the vissim simulation software simulation calculation provides theoretical support for the application of the waiting area. For applicable intersections in Yinchuan, by setting up waiting areas, canalized intersections, they can effectively improve the capacity of intersections.

Straight-through area; Capacity; Vissim simulation; Delay; Queuing

A

1671-7988(2020)24-25-05

U461.99

A

1671-7988(2020)24-25-05

侯露露，女，碩士研究生，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院交通運(yùn)輸工程系。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.009

CLC NO.:U461.99