韓義磊 韓印 胡榮

摘? 要：信號(hào)交叉口作為城市道路網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其所能提供的服務(wù)水平往往決定著整個(gè)路網(wǎng)的流暢程度。文章以大慶市中央南大街—龍十路交叉口為實(shí)例，通過(guò)調(diào)查該交叉口的交通組織情況以及晚高峰時(shí)段的交通量和信號(hào)配時(shí)等數(shù)據(jù)，利用VISSIM仿真軟件對(duì)該交叉口進(jìn)行建模仿真。根據(jù)運(yùn)行仿真得到的結(jié)果對(duì)交叉口現(xiàn)狀存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。然后從車(chē)道功能劃分和信號(hào)配時(shí)兩方面提出對(duì)該交叉口的交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，再次進(jìn)行建模仿真，并將仿真后的結(jié)果與現(xiàn)狀對(duì)比分析。結(jié)果表明：優(yōu)化后的方案在車(chē)輛平均延誤、平均排隊(duì)長(zhǎng)度和最大排隊(duì)長(zhǎng)度方面均大幅減少，交叉口的整體服務(wù)水平等級(jí)從E提升到C，交叉口的運(yùn)行狀況得到了大幅度的改善，論證了交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的可行性。

關(guān)鍵詞：交叉口延誤;交通調(diào)查;信號(hào)配時(shí);交通仿真;排隊(duì)長(zhǎng)度

中圖分類(lèi)號(hào)：F570??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： As a key node in the urban road network， signalized intersection's service level often determines the fluency of the entire road network. This paper takes the intersection of Zhongyang south street-Longshi road in Daqing city as an example， through investigating the traffic organization of the intersection and the data of traffic volume and signal timing in the evening rush hour， and uses VISSIM simulation software to model and simulate the intersection. According to the results of operation simulation， the existing problems of the current intersection are analyzed. Then from the lane function division and signal timing two aspects of the intersection traffic organization optimization design scheme， modeling and simulation again， and the simulation results are compared with the current situation. The results show that the optimized scheme greatly reduces the average delay of vehicles， the average queuing length and the maximum queuing length， the overall service level of the intersection is upgraded from E to C， and the operation condition of the intersection is greatly improved， which proves the feasibility of the traffic organization optimization design scheme.

Key words： delays at intersections;traffic survey;signal timing;traffic simulation;queue length

0? 引? 言

在城市道路網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)形態(tài)最常見(jiàn)的是采用信號(hào)器來(lái)控制的平面交叉口，其承擔(dān)了城市各種交通流的集散壓力，極大程度上影響著城市交通的運(yùn)行狀態(tài)[1]。信號(hào)交叉口雖能提升通行安全，但卻大大降低了通行能力，使得車(chē)輛在交叉口的延誤增加。如何在保證安全的前提下，提高信號(hào)交叉口的通行效率，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。

在交叉口信號(hào)控制方面：陳丹丹等針對(duì)四相位的交叉口設(shè)計(jì)了兩級(jí)模擬控制器，運(yùn)用MATLAB對(duì)模擬控制器進(jìn)行仿真，結(jié)果表明模糊智能控制對(duì)紅綠燈的實(shí)時(shí)控制優(yōu)于定時(shí)控制，起到了改善交叉口交通擁堵的作用[2]。在交叉口車(chē)道功能劃分方面：馬林分析了交叉口處動(dòng)態(tài)車(chē)道運(yùn)行所需的交通需求條件、道路渠化條件及交通信號(hào)條件，并對(duì)動(dòng)態(tài)車(chē)道時(shí)空資源優(yōu)化目標(biāo)及優(yōu)化策略進(jìn)行研究，提出了基于非線(xiàn)性整數(shù)規(guī)劃的動(dòng)態(tài)車(chē)道單點(diǎn)優(yōu)化模型。分析表明該方法可以有效降低交叉口車(chē)輛延誤[3]。而在信號(hào)控制與車(chē)道劃分的組合優(yōu)化方法上：C K WONG等從理論的角度建立了一系列混合整數(shù)規(guī)劃模型以尋求車(chē)道功能劃分和信號(hào)控制的最優(yōu)解[4];馬曉旦等以具體實(shí)例，利用VISSIM仿真軟件對(duì)優(yōu)化前后的交叉口進(jìn)行仿真，論證了運(yùn)用VISSIM仿真軟件對(duì)交叉口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以降低交叉口車(chē)輛的沖突，提高交叉口的通行能力[5]。

本文從應(yīng)用型的角度以大慶市中央南大街—龍十路交叉口為實(shí)例，從車(chē)道功能劃分和信號(hào)配時(shí)兩方面對(duì)交叉口現(xiàn)狀進(jìn)行組合優(yōu)化，并利用VISSIM對(duì)優(yōu)化前后的交叉口進(jìn)行仿真對(duì)比評(píng)價(jià)。

1? 交叉口現(xiàn)狀調(diào)查

1.1? 現(xiàn)? 狀

大慶市中央南大街—龍十路交叉口位于大慶市市中心，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的平面十字交叉口。中央南大街為南北走向的城市主干道，龍十路和大港路為東西走向的城市主干道。該交叉口附近有較多小區(qū)和一個(gè)商業(yè)中心，人流密集，在每天的高峰時(shí)段，尤其是晚高峰，交通流量大，交通擁堵十分嚴(yán)重。通過(guò)調(diào)查，得到交叉口現(xiàn)狀的渠化圖如圖1所示。

1.2? 交通量數(shù)據(jù)采集

為了對(duì)該交叉口存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并優(yōu)化，需要獲取交叉口的交通量。本次調(diào)查采用錄像法，調(diào)查時(shí)間為17：00～18：00。調(diào)查期間，在交叉口的每個(gè)進(jìn)口道放置一個(gè)攝像機(jī)，攝像時(shí)間為1小時(shí)。待攝像結(jié)束后，對(duì)視頻中的交通量分車(chē)型、分方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后換算成當(dāng)量交通量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

1.3? 信號(hào)周期

根據(jù)調(diào)查得到交叉口的現(xiàn)狀信號(hào)相位配時(shí)：該交叉口信號(hào)共有四個(gè)相位，分別是南北直行、南北左轉(zhuǎn)、東進(jìn)口通行和西進(jìn)口通行，周期為136s，黃燈時(shí)長(zhǎng)3s，如圖2所示。

2? 交叉口現(xiàn)狀分析

2.1? 現(xiàn)狀VISSIM仿真

VISSIM是德國(guó)PTV公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的微觀(guān)仿真軟件，它可以綜合考慮各種影響路網(wǎng)運(yùn)行的因素，例如車(chē)道類(lèi)型、車(chē)輛種類(lèi)、駕駛行為、信號(hào)控制等，通過(guò)周期運(yùn)行，產(chǎn)生評(píng)價(jià)路網(wǎng)服務(wù)水平的結(jié)果[6]。本文利用VISSIM仿真軟件，根據(jù)調(diào)查得到的數(shù)據(jù)，對(duì)大慶市中央南大街—龍十路交叉口進(jìn)行建模仿真，仿真效果圖如圖3所示。

2.2? 現(xiàn)狀分析

利用VISSIM軟件建立中央南大街—龍十路交叉口的仿真模型，輸入流量、路徑?jīng)Q策、信號(hào)配時(shí)等現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，設(shè)置節(jié)點(diǎn)后運(yùn)行仿真600s并輸出交叉口各進(jìn)口道的排隊(duì)長(zhǎng)度、延誤等結(jié)果。為了保證仿真結(jié)果的可靠性，隨機(jī)種子取10、20、30……100，仿真10次取平均值，結(jié)果如圖4和圖5所示。

從仿真結(jié)果可以看出，交叉口東西進(jìn)口道的直行和左轉(zhuǎn)車(chē)輛平均延誤較大，并且排隊(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，主要原因在于西進(jìn)口一個(gè)左轉(zhuǎn)車(chē)道已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足左轉(zhuǎn)車(chē)輛的通行，東進(jìn)口直行車(chē)輛的排隊(duì)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致左轉(zhuǎn)車(chē)輛無(wú)法正常通行。而南北進(jìn)口道右轉(zhuǎn)交通量較大，設(shè)置直行右轉(zhuǎn)混行車(chē)道嚴(yán)重加大了右轉(zhuǎn)車(chē)輛的延誤。參考美國(guó)HCM信號(hào)交叉口服務(wù)水平[7]，中央南大街—龍十路交叉口東西南北四個(gè)進(jìn)口道的服務(wù)水平分別為E、E、D、D，總體服務(wù)水平為E。由此可見(jiàn)，現(xiàn)狀交叉口服務(wù)水平較差，常呈現(xiàn)擁堵和混亂狀態(tài)。

3? 交叉口交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1? 車(chē)道功能重新劃分

依據(jù)現(xiàn)狀仿真結(jié)果，首先對(duì)中央南大街—龍十路交叉口四個(gè)進(jìn)口道的車(chē)道功能進(jìn)行重新劃分。南北進(jìn)口道右轉(zhuǎn)交通量較大，將直行右轉(zhuǎn)混行車(chē)道改為單獨(dú)右轉(zhuǎn)，并且不受紅燈控制;西進(jìn)口除保留現(xiàn)狀的一個(gè)左轉(zhuǎn)車(chē)道外，再增加一個(gè)左轉(zhuǎn)車(chē)道;東進(jìn)口由于左轉(zhuǎn)交通量過(guò)小而直行交通量較大，將專(zhuān)用左轉(zhuǎn)車(chē)道改為直行左轉(zhuǎn)混行車(chē)道。南北左轉(zhuǎn)車(chē)輛與直行車(chē)輛分離，故在南北方向設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)。改進(jìn)后的渠化方案如圖6所示。

3.2? 信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

由于東進(jìn)口左轉(zhuǎn)流量過(guò)少，采用了直行左轉(zhuǎn)共用一個(gè)車(chē)道的渠化方案。因此，在進(jìn)行信號(hào)配時(shí)優(yōu)化時(shí)，交叉口的相位與現(xiàn)狀保持一致，依次為南北直行、南北左轉(zhuǎn)、東進(jìn)口通行和西進(jìn)口通行。然后依據(jù)調(diào)查得到的交叉口處交通量，利用韋伯斯特（Webster）信號(hào)配時(shí)計(jì)算方法[8]得到優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)方案，周期為102s，黃燈時(shí)長(zhǎng)3s，如圖7所示。

4? 優(yōu)化方案仿真與評(píng)價(jià)

根據(jù)優(yōu)化后的交叉口渠化設(shè)計(jì)方案和信號(hào)配時(shí)，再次對(duì)中央南大街—龍十路交叉口進(jìn)行建模仿真，仿真效果圖如圖8所示。

將流量等數(shù)據(jù)輸入到VISSIM軟件中的流量模塊和控制模塊，設(shè)置節(jié)點(diǎn)后運(yùn)行仿真600s并輸出交叉口各進(jìn)口道的排隊(duì)長(zhǎng)度、延誤等結(jié)果。改變隨機(jī)種子仿真10次取平均值，結(jié)果如圖9和圖10所示。

從優(yōu)化后的仿真評(píng)價(jià)報(bào)告中可以看出，相較于現(xiàn)狀，東、西、南、北四個(gè)進(jìn)口道的車(chē)輛平均延誤分別降低了57.29%、69.08%、41.98%、47.89%;平均排隊(duì)長(zhǎng)度分別減少了40.50%、81.65%、54.90%、64.76%;最大排隊(duì)長(zhǎng)度分別減少了45.96%、64.33%、10.99%、20.20%。東、西、南、北四個(gè)進(jìn)口的服務(wù)水平等級(jí)均提升到C，整個(gè)交叉口的服務(wù)水平等級(jí)也由E提升到C。

5? 結(jié)? 論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，在一些三四線(xiàn)城市，人們的出行方式大量的向小汽車(chē)轉(zhuǎn)移，交通量也持續(xù)增長(zhǎng)，然而這些城市的交通管理水平卻無(wú)法提升。城市道路渠化和交叉口信號(hào)控制方面不合理的設(shè)置，使得城市交通混亂、交通擁堵的問(wèn)題越發(fā)明顯。目前，我國(guó)關(guān)于大城市信號(hào)交叉口交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究已十分成熟，但是三四線(xiàn)城市的交通組織特征與大城市有所不同，因此關(guān)于信號(hào)交叉口的渠化設(shè)計(jì)及信號(hào)控制需要我們進(jìn)一步的研究。

本文以大慶市中央南大街—龍十路交叉口為例，通過(guò)調(diào)查得到的數(shù)據(jù)，利用VISSIM仿真分析了現(xiàn)狀交叉口存在的問(wèn)題。結(jié)合交叉口的實(shí)際情況，針對(duì)車(chē)道功能劃分和信號(hào)配時(shí)兩方面對(duì)交叉口交通組織進(jìn)行優(yōu)化。最后從優(yōu)化前后的仿真結(jié)果中選取車(chē)輛平均延誤、平均排隊(duì)長(zhǎng)度和最大排隊(duì)長(zhǎng)度三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)交叉口進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，優(yōu)化后的交叉口車(chē)輛平均延誤減少了55.77%，交叉口的服務(wù)水平也有明顯的提高。本文的研究成果可以為大慶市的信號(hào)交叉口交通組織優(yōu)化提供參考。

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