文章以南寧市教育路與古城路多路交叉口為例，根據(jù)實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)配時(shí)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過Vissm仿真軟件對(duì)交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化前后的方案進(jìn)行對(duì)比可知：優(yōu)化后平均排隊(duì)長(zhǎng)度降低了46.2%，平均停車延誤降低了44.4%，平均車輛延誤降低了41.5%，交叉口的服務(wù)水平從E上升為D；該優(yōu)化方案有效緩解了交叉口的擁堵情況。

多路交叉口；Vissm仿真；延誤

U491.1+2A521674

基金項(xiàng)目：

廣西重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行補(bǔ)助項(xiàng)目“2021年度廣西中國(guó)—東盟綜合交通國(guó)際聯(lián)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行補(bǔ)助項(xiàng)目”（編號(hào)：21-220-21）；南寧市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“交通基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維及健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)”（編號(hào)：20223230）

作者簡(jiǎn)介：

譚海婷（1994—），碩士，工程師，研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理。

0" 引言

隨著道路網(wǎng)密度不斷增加，交叉口在城市道路網(wǎng)的作用越發(fā)重要。不規(guī)則的交叉口往往存在于城市的老城區(qū)中，類型有X形交叉口、T形交叉口、錯(cuò)位交叉口以及多路交叉口等［1］，而多路交叉口又由于其特殊性，屬于不規(guī)則交叉口中交通問題較難解決的類型。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)交叉口的研究文獻(xiàn)多為四路交叉口的內(nèi)容，多路交叉口的研究相對(duì)較少，大都只是從交通信號(hào)控制或者交通渠化方面來進(jìn)行探討。范新科等通過交叉口形態(tài)規(guī)整、車道合理布設(shè)、交通設(shè)施完善和信號(hào)協(xié)調(diào)控制等手段，對(duì)多路交叉口進(jìn)行了交通組織精細(xì)化設(shè)計(jì)［2］。李勁夫等針對(duì)畸形交叉口存在的問題和擁堵原因設(shè)計(jì)相應(yīng)的渠化設(shè)計(jì)組織方案，通過Vissim仿真評(píng)價(jià)分析渠化改善效果［3］。劉意等結(jié)合實(shí)例研究核心區(qū)多路交叉口規(guī)劃思路和效果［4］。馬慶祿等對(duì)多路交叉口提出了“環(huán)島+信號(hào)燈”控制方法和類十字交叉交通控制方法兩套改進(jìn)方案，優(yōu)化后的仿真驗(yàn)證了類十字交叉口的平均車輛延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度等評(píng)價(jià)指標(biāo)更低［5］。陳濤等將F-B法運(yùn)用于五路交叉口的信號(hào)設(shè)計(jì)中，減少了交叉口行車延誤，驗(yàn)證了F-B法在多路交叉口信號(hào)優(yōu)化中的可行性［6］。潘俊燕依據(jù)元胞傳輸模型理論構(gòu)建“五邊形”五路交叉口CTM模型，提出了一種多路交叉口分散信號(hào)組織的方案［7］。

1" 多路交叉口優(yōu)化理論及方法

1.1" 渠化方法

1.1.1" 渠化原則

因?yàn)槎嗦方徊婵谝矊儆谄矫娼徊婵冢蚨矫娼徊婵诘那胧┮部捎糜诖?。多路交叉口渠化設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

（1）與多路交叉口交通流特征相協(xié)調(diào)。

（2）交叉口面積要適宜。

（3）分離沖突點(diǎn)、縮小沖突區(qū)。

（4）合理利用現(xiàn)有道路設(shè)施空間。

（5）渠化方案要易于理解。

（6）渠化方案要以人為本。

1.1.2" 渠化方法

1.1.2.1" 拓寬進(jìn)口道

拓寬進(jìn)口道，并增加進(jìn)口道的數(shù)目，能在一定程度上增加交叉口的通行能力，并且增加通過的車輛。

1.1.2.2" 提前右轉(zhuǎn)彎

對(duì)于通過進(jìn)口道的車輛設(shè)置提前右轉(zhuǎn)彎，從而減少交通擁堵。

1.1.2.3" 人行橫道和網(wǎng)格線前移

通過前移人行橫道和網(wǎng)格線的設(shè)置，能減少車輛通過交叉口的時(shí)間，讓更多的車輛在綠燈內(nèi)通過。這種渠化方法設(shè)置的前提是交叉口必須有充足的空間。

1.1.2.4" 設(shè)置綠化帶進(jìn)行阻隔

通過設(shè)置阻隔綠化帶，可以分離不同車流，對(duì)交通安全性的提高有所幫助。并且可以減少噪聲、凈化空氣。

1.1.2.5" 設(shè)置導(dǎo)流線來引導(dǎo)車流的走向

通過在交叉口中相互干擾嚴(yán)重的車輛行駛路線上設(shè)置對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流線來指引車輛行駛，使交叉口的車流運(yùn)行井然有序。

1.2" 信號(hào)配時(shí)控制方法

交叉口信號(hào)控制可以從時(shí)間上分離相互沖突的交通流，使不同方向的交通流能在不同時(shí)間通過交叉口。車輛根據(jù)該方向?qū)?yīng)的信號(hào)燈指示通過交叉口，從而減少交叉口中車輛的相互沖突。交叉口信號(hào)控制參數(shù)主要有信號(hào)周期時(shí)間、綠信比和相位差。

1.2.1" 信號(hào)周期

信號(hào)的配時(shí)計(jì)算方法國(guó)際上主要有英國(guó)的韋伯斯特法、美國(guó)的HCM法和澳大利亞的ARRB法等，我國(guó)有停車線法和沖突點(diǎn)法等方法。對(duì)于典型的多路交叉口，除了多路環(huán)形外，一般可采用正交平面交叉口控制方法，包括相位設(shè)計(jì)及韋伯斯特法進(jìn)行信號(hào)配時(shí)優(yōu)化。

韋伯斯特法最佳周期長(zhǎng)度公式：

C0=1.5L+51-Y（1）

式中：L——總損失時(shí)間（s）；

Y——交叉口交通流量比總和。

1.2.2" 信號(hào)總損失時(shí)間

L=∑nk（Ls+Ik-A）（2）

式中：n——所設(shè)置的相位數(shù)；

Ls——啟動(dòng)損失時(shí)間；

A——黃燈時(shí)長(zhǎng)，可定為3 s；

Ik——綠燈間隔時(shí)間。

基于Vissim仿真的多路交叉口交通組織優(yōu)化研究/譚海婷，藍(lán)天鈺，曹夏麗

1.2.3" 流量比總和

流量比總和，按下式計(jì)算：

Y=∑jj=1maxyj，y′j，…=maxqdsd，qdsd′，…（Y≤0.9）（3）

式中：Y——流量比總和；

j——一個(gè)周期內(nèi)的相位數(shù)；

yj——第j相的流量比；

qd——設(shè)計(jì)交通量（pcu/h）；

sd——設(shè)計(jì)飽和流量（pcu/h）。

1.2.4" 總有效綠燈時(shí)間

Ge=C0-L（4）

1.2.5" 各相位有效綠燈時(shí)間

gej=Gemaxyj，y′j，…Y（5）

1.2.6" 各相位的綠信比

λj=gejC0（6）

1.2.7" 各相位顯示綠燈時(shí)間

gj=gej-AJ+Ij（7）

式中：Ij——第j相位啟動(dòng)損失時(shí)間。

2" 案例分析

2.1" 交叉口概況

教育路與古城路交叉口為五路交叉口，位于廣西南寧市青秀區(qū)，是由教育路、古城路、星湖路、七星路和天桃路相交組成的有信號(hào)控制的交叉口。該交叉口地理位置特殊，周邊以學(xué)校購(gòu)物娛樂為主，四周分布有天桃實(shí)驗(yàn)學(xué)校、夢(mèng)之島商城、永恒星湖影城等休閑娛樂場(chǎng)所，吸引了大部分車流量。

通過對(duì)教育路與古城路多路交叉口的實(shí)地調(diào)查，獲得了此交叉口的相關(guān)數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)包括交叉口渠化情況、交通流量和信號(hào)配時(shí)情況，如圖1、圖2所示，這些數(shù)據(jù)為交叉口優(yōu)化提供了重要的依據(jù)。

教育路與古城路多路交叉口為五相位交叉口，控制方式為信號(hào)固定配時(shí)控制，其信號(hào)周期為240 s，各相位黃燈時(shí)間均為3 s，無全紅燈時(shí)間。各相位配時(shí)方案如圖3所示。

2.2" 現(xiàn)狀仿真及結(jié)果分析

對(duì)于本文的五路交叉口，無論是否分車道進(jìn)行調(diào)查，采用人工調(diào)查的方法都難以直接得到交叉口多車道的延誤數(shù)據(jù)。而Vissim軟件可建立較為細(xì)致的交通行為模型，可以分車道計(jì)算延誤。因此本文采用Vissim軟件對(duì)教育路與古城路多路交叉口進(jìn)行仿真（見圖4），交通運(yùn)行情況采用平均停車延誤、平均排隊(duì)長(zhǎng)度和平均排隊(duì)時(shí)間指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)（見表1）。

根據(jù)現(xiàn)狀仿真結(jié)果可知，整個(gè)交叉口的平均車輛延誤為77.57 s，該交叉口服務(wù)水平為E，服務(wù)水平低，交通擁堵嚴(yán)重。根據(jù)上述調(diào)查和仿真得出的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)該交叉口現(xiàn)狀存在以下問題：

（1）交叉口中教育路、古城路和七星路的延誤相對(duì)其他交叉口來說延誤較大，交叉口中七星路的延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度等指標(biāo)較差，擁堵十分嚴(yán)重。

（2）交叉口服務(wù)水平低，整個(gè)交叉口的交通處于不穩(wěn)定流范圍，交通量已經(jīng)接近道路通行能力，從駕駛自由度、舒適性和便利性方面來看都非常低。

（3）交叉口車流之間沖突嚴(yán)重，存在安全隱患。七星路與天桃路車輛的直行與星湖路的直行同時(shí)放行，車輛行駛路線存在交叉沖突，有安全隱患。

（4）教育路和古城路的直行和左轉(zhuǎn)的車流量很大，同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)方向直行和左轉(zhuǎn)的車輛，車輛頻繁的換道超車行為均會(huì)造成沖突，形成延誤。

（5）交叉口各進(jìn)口道不同方向的車流量差異較大，采用同一相位綠燈時(shí)間，導(dǎo)致一部分綠燈時(shí)間的浪費(fèi)，同時(shí)增加了信號(hào)周期的長(zhǎng)度，無形中增加了各進(jìn)口道車輛的延誤。

3" 多路交叉口交通組織優(yōu)化

3.1" 信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

由于交叉口所處的位置在老城區(qū)，附近有電影院、商場(chǎng)和學(xué)校，道路資源有限，所以對(duì)道路進(jìn)行改造和渠化并不現(xiàn)實(shí)，因此，對(duì)本交叉口進(jìn)行優(yōu)化主要從信號(hào)控制方面進(jìn)行考慮。對(duì)于典型的多路交叉口，除了多路環(huán)形外，一般可采用正交平面交叉口控制方法，包括相位設(shè)計(jì)及韋伯斯特法進(jìn)行信號(hào)配時(shí)優(yōu)化。

3.1.1nbsp; 相位優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)狀仿真結(jié)果可知，該交叉口服務(wù)水平為E，服務(wù)水平低，交通擁堵嚴(yán)重。現(xiàn)狀相位放行方案復(fù)雜，各交流交織嚴(yán)重，存在安全隱患。因教育路和古城路直行與左轉(zhuǎn)車輛差異較大，為減少左轉(zhuǎn)與直行兩個(gè)不同方向的沖突，選擇古城路與教育路相同的方向同時(shí)放行。根據(jù)現(xiàn)狀，七星路與天桃路車輛的直行與星湖路的直行同時(shí)放行，車輛行駛路線存在交叉沖突和安全隱患，故將不同進(jìn)口道分開放行，將星湖路同一進(jìn)口道的直行和左轉(zhuǎn)一起放行?？紤]到現(xiàn)狀七星路延誤較大，故選擇七星路早啟遲斷式控制，通過增加綠燈時(shí)間來提高相位通行能力。綜合現(xiàn)狀分析，優(yōu)先選擇調(diào)整相位順序來進(jìn)行相位優(yōu)化，優(yōu)化后的相位如圖5所示。

（a）教育路、古城路直行

（b）教育路、古城路左轉(zhuǎn)

（c）星湖路直行和左轉(zhuǎn)

（d）七星路直行

（e）天桃路直行和左轉(zhuǎn)

3.1.2" 信號(hào)配時(shí)優(yōu)化

教育路與古城路交叉口為典型五路交叉口，因此可以采用韋伯斯特法來進(jìn)行配時(shí)優(yōu)化。由前文公式可得交叉口各信號(hào)配時(shí)參數(shù)如下：

3.1.2.1" 流量比總和

Y=506/1 519+216/1 519+311/1 519+180/1 519+76/1 519=0.85。

3.1.2.2" 信號(hào)總損失時(shí)間

取黃燈時(shí)間為3 s，無全紅時(shí)間，相位損失時(shí)間為3 s，故信號(hào)總損失時(shí)間為L(zhǎng)=3×5=15 s。

3.1.2.3" 最佳周期

C0=（1.5×15+5）/（1-0.85）=182 s，取185 s。

3.1.2.4" 總有效綠燈時(shí)間

Ge=185-15=170 s。

3.1.2.5" 各相位有效綠燈時(shí)間

g1=170×（506/1 519）/0.85=67 s

g2=170×（216/1 519）/0.85=28 s

g3=170×（311/1 519）/0.85=41 s

g4=170×（180/1 519）/0.85=24 s

g5=170×（76/1 519）/0.85=10 s

3.1.2.6" 各相位顯示綠燈時(shí)間

ge1=67-3+3=67 s

ge2=28-3+3=28 s

ge3=41-3+3=41 s

ge4=24-3+3=24 s

ge5=10-3+3=10 s

考慮到現(xiàn)狀七星路延誤較大，故選擇七星路早啟遲斷式控制，將第四相位24 s綠燈顯示時(shí)間延長(zhǎng)至59 s；由于天桃路車輛少但現(xiàn)狀延誤較大，基于Webster方法優(yōu)化得到的綠燈時(shí)間上再增加部分綠燈時(shí)間，故最終第五相位綠燈顯示時(shí)間取15 s。通過行人過街所需要的時(shí)間作為最短綠燈時(shí)間，檢驗(yàn)上述計(jì)算的顯示綠燈時(shí)間是否滿足設(shè)計(jì)要求，Webster方法計(jì)算出的顯示綠燈時(shí)間必須大于最短綠燈時(shí)間。應(yīng)用上述Webster方法計(jì)算調(diào)整得到優(yōu)化后的相位圖和信號(hào)配時(shí)如圖6所示。

3.2" 優(yōu)化方案仿真分析

根據(jù)優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)方案對(duì)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(duì)比分析。優(yōu)化前后各道路和交叉口的排隊(duì)長(zhǎng)度、車輛延誤對(duì)比如表2、表3所示。

通過優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)交叉口交通整體狀況均有很大幅度的改善，交叉口平均排隊(duì)長(zhǎng)度下降了46.2%，平均車輛延誤下降了41.5%，平均停車延誤下降了44.4%，整體服務(wù)水平由E上升到D。每個(gè)進(jìn)口道的服務(wù)水平均提高一個(gè)等級(jí)，特別是七星路和古城路的平均車輛延誤降低較為顯著。由于該交叉口各方向的車流量差異較大，相位綠燈時(shí)間優(yōu)先考慮車流量大的方向，故交叉口延誤將轉(zhuǎn)嫁至流量小的天桃路，使天桃路的車輛延誤升高，服務(wù)水平降低，但綜合分析其排隊(duì)長(zhǎng)度、最大排隊(duì)長(zhǎng)和平均停車次數(shù)發(fā)現(xiàn)，其指標(biāo)數(shù)據(jù)表現(xiàn)較好，說明除延誤時(shí)間外，天桃路的車輛能夠得到尚可接受的控制方案。綜合上述分析結(jié)果，說明優(yōu)化后的方案能夠解決當(dāng)前現(xiàn)狀出現(xiàn)的問題，能有效緩解交叉口擁堵情況。

4" 結(jié)語(yǔ)

本文通過Vissim軟件仿真南寧市教育路與古城路多路交叉口的現(xiàn)狀，得到車輛延誤、行程時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度等評(píng)價(jià)指標(biāo)。依據(jù)交通渠化以及信號(hào)配時(shí)等相關(guān)理論，利用韋伯斯特配時(shí)法進(jìn)行信號(hào)配時(shí)優(yōu)化；運(yùn)用Vissim軟件進(jìn)行優(yōu)化方案的模擬仿真，并對(duì)比改善前后各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)，得出優(yōu)化后延誤、平均排隊(duì)長(zhǎng)度等參數(shù)減少的結(jié)論，服務(wù)水平從E提高至D等級(jí)，驗(yàn)證了改善方案的可行性與有效性。

［1］陳" 柯.多路交叉口交通組織及控制研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2015.

［2］范新科，陳" 政，王韓麒，等.多路交叉口交通組織精細(xì)化設(shè)計(jì)及案例分析［J］.寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，34（3）：21-27.

［3］李勁夫，胡少帥，向" 健.多路畸形交叉口交通組織渠化設(shè)計(jì)研究［J］.公路與汽運(yùn)，2019（6）：30-33.

［4］劉" 意，姜" 虹.城市核心區(qū)多路交叉口交通組織方案分析與設(shè)計(jì)［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2020，47（17）：75-76.

［5］馬慶祿，王" 琪，喬" 婭.城市多路匯入交叉口交通組織優(yōu)化方法［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2018，18（24）：157-164.

［6］陳" 濤，譚澤飛，劉" 驍，等.基于F-B法的多路交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析［J］.科技技術(shù)與工程，2013，13（12）：3 520-3 523.

［7］潘俊燕.多路交叉口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與信號(hào)控制方案優(yōu)化［D］.北京：北京交通大學(xué)，2020.

20240410