VViissssiimm在城市交叉口信號(hào)配時(shí)方案優(yōu)化中的應(yīng)用——以“粵海門村”交叉口為例

鄒 亮，潘 洲，王思淼（深圳大學(xué)，廣東 深圳 518060）

ZOU Liang,PAN Zhou,WANG Si-miao (Shenzhen University,Shenzhen 518060,China)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，城市私家車數(shù)量與日俱增，城市交通狀況也變得極為復(fù)雜且日益惡化。目前道路擁堵問(wèn)題已成為城市交通面臨的突出問(wèn)題。交叉口作為城市交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，處理不好，交通擁堵問(wèn)題將尤其突出。解決城市道路交叉口問(wèn)題是解決城市交通的關(guān)鍵，如何確定最優(yōu)的交叉口信號(hào)配時(shí)方案一直是科研工作者和工程技術(shù)人員關(guān)注的問(wèn)題[1-5]。

本文提出通過(guò)Vissim交通仿真軟件，對(duì)優(yōu)化配時(shí)選方案進(jìn)行仿真模擬，并與現(xiàn)有配時(shí)方案就交叉口交通運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證優(yōu)化配時(shí)方案的有效性。經(jīng)過(guò)對(duì)深圳大學(xué)周邊交叉路口進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在晚高峰時(shí)段（18：00～19：00）粵海門村交叉口，會(huì)出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，加之此時(shí)段為學(xué)生晚間上課時(shí)間，電單車、自行車較多，存在一定的安全隱患。針對(duì)以上諸多問(wèn)題，本文擬對(duì)粵海門村交叉口現(xiàn)有信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行，減少延誤、降低運(yùn)行時(shí)間，提高交叉口的通行能力、更好地利用有限的道路資源，并利用Vissim建立微觀交通仿真模型，對(duì)方案的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 交通數(shù)據(jù)調(diào)查分析

1.1 交叉口幾何特性和交通量

粵海門村交叉口東西方向?yàn)殡p向六車道，其中一條左行車道，兩條直行車道，設(shè)置右行輔道，不設(shè)右行專用車道；南北方向?yàn)殡p向四車道，其中一條直左車道，一條直行車道，設(shè)置右行輔道，不設(shè)右行專用車道。

依據(jù)粵海門村交叉口交通流特性，采用人工技術(shù)法對(duì)該交叉口晚高峰（18：00～19：00）的交通量進(jìn)行調(diào)查。具體調(diào)查結(jié)果如表1所示。

表1 粵海門村交叉口道路條件及晚高峰流量統(tǒng)計(jì)表

表2 粵海門村交叉口人行道條件及晚高峰流量統(tǒng)計(jì)表

1.2 原有配時(shí)方案

粵海門村十字交叉口采用四相位信號(hào)定時(shí)控制，信號(hào)周期為111秒。具體相位及綠燈、黃燈時(shí)間如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有配時(shí)方案圖

2 模型的構(gòu)建與修正

2.1 仿真模型的構(gòu)建

利用Vissm仿真軟件，對(duì)粵海門村交叉口的交通流進(jìn)行仿真所需要的條件包括道路條件、交通條件和信號(hào)配時(shí)方案，其中道路條件包括車道數(shù)、車道寬度、車道長(zhǎng)度等；交通條件包括交通組成、交通量、車輛基本性能等；信號(hào)配時(shí)方案包括相位、綠燈時(shí)間等。

（1）道路條件中的車道數(shù)、車道寬度依據(jù)實(shí)際情況，如表1、表2所示。

（2）交通條件中的交通量以及實(shí)際調(diào)查的交通流數(shù)據(jù)，如表1、表2所示。

（3）配時(shí)方案中的相位、綠燈時(shí)間依據(jù)實(shí)際情況，如圖1所示。

（4）車輛的幾何尺寸選用Vissm軟件中2D模型中的類似車型尺寸和速度根據(jù)粵海門村交叉口具體情況設(shè)置，如表3所示。

表3 車輛特性參數(shù)設(shè)置表 單位：m、km/h

依據(jù)粵海門村交叉口平面布局（如表1所示），在Vissim仿真軟件中建立仿真模型，依據(jù)表3中的車輛特性，并分別將表1、表2、圖1中的交通流量數(shù)據(jù)與信號(hào)配時(shí)方案輸入模型中，最后得到該交叉口交通仿真模型，如圖2所示。

2.2 模型的修正

微觀模型修正的基本方法：通過(guò)交通微觀仿真軟件Vissim，對(duì)已建立的十字交叉口微觀模型進(jìn)行服務(wù)水平的評(píng)價(jià)，輸出得到各個(gè)進(jìn)口的延誤，再與實(shí)地測(cè)得的延誤進(jìn)行對(duì)比，對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)與匹配。

經(jīng)過(guò)對(duì)粵海門村十字交叉口的觀察得知，由于南北方向西側(cè)的人行橫道車流量與人流量比較大，導(dǎo)致南進(jìn)左行車輛在行進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生沖突。該路口仿真模型對(duì)于該位置的沖突區(qū)設(shè)置時(shí)，左轉(zhuǎn)車輛應(yīng)該為人行橫道交通流讓行，這樣也造成了北進(jìn)直行方向的車輛延誤的增加，但是實(shí)際路況卻不是如此。實(shí)際情況一般都是行人為左轉(zhuǎn)車輛讓行。以至于模型中出現(xiàn)了如此大的車輛延誤。北進(jìn)左轉(zhuǎn)方向的延誤也是同樣道理。

在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題之后，對(duì)仿真模型進(jìn)行修改。將東西方向的人行橫道的沖突區(qū)域修正為：人行橫道交通流讓行于左轉(zhuǎn)車輛。修正之后再對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)輸出。表4給出了修正前后仿真結(jié)果延誤數(shù)據(jù)比較，模型修正后延誤總誤差由41.7下降到了12.1，下降了71%。

表4 修正前后延誤數(shù)據(jù)對(duì)比表

3 配時(shí)方案的優(yōu)化與評(píng)價(jià)

3.1 配時(shí)方案的優(yōu)化

在此處引入“等效交通量”的計(jì)算方法，方法如下：

（1）等效交通量

在根據(jù)交通量確定信號(hào)燈周期長(zhǎng)度時(shí)，需要將交叉口交通量轉(zhuǎn)換成等效交通量，換算公式為：

式中：Ve——等效交通量，（pcu/h），直行；V——交叉口進(jìn)口實(shí)際交通量，（pcu/h）；H——公交車、貨車車輛數(shù)，（pcu/h）；L——左轉(zhuǎn)車車輛數(shù)，（pcu/h）；n——進(jìn)口有效車道數(shù)。

（2）周期長(zhǎng)度

式中：T——周期時(shí)間；P——相位數(shù)；Ve——等效交通量，（pcu/h）。

當(dāng)周期長(zhǎng)度確定后，便可按相交車流的等效交通量比例分配給各相位綠燈通行時(shí)間。

將表1的數(shù)據(jù)代入上述公式得到：

計(jì)算得到的信號(hào)燈周期與原信號(hào)燈時(shí)間相符合，取T=111s

有效綠燈時(shí)間為：111-3×2=105

南北方向的綠燈時(shí)間為：106×299/971=31s

與原信號(hào)燈配時(shí)相比較，南北方向綠燈時(shí)間縮短5s，在不改變東西方向左行綠燈時(shí)間的情況下，將東西方向直行綠燈時(shí)間延長(zhǎng)5s，得到的優(yōu)化配時(shí)方案如圖3所示。

圖3 優(yōu)化配時(shí)方案圖

3.2 仿真結(jié)果分析

對(duì)該交叉口信號(hào)配時(shí)方案優(yōu)化前后的交通狀況分別進(jìn)行十次模擬仿真，得出各種交叉口交通評(píng)價(jià)指標(biāo)，經(jīng)整理得出該交叉口的仿真結(jié)果，如表5所示。

表5 原方案與優(yōu)化方案的Vissim評(píng)價(jià)對(duì)比

仿真結(jié)果表明：優(yōu)化方案使得交叉口人均延誤時(shí)間下降了16.6%，停車時(shí)間下降了19.3%，平均排隊(duì)下降了10.6%，通行量增加了2.4%，說(shuō)明優(yōu)化配時(shí)方案能夠有效提高該交叉口的服務(wù)水平，提高通行率。

4 總結(jié)

運(yùn)用等效交通量法對(duì)粵海門村十字交叉口的信號(hào)燈配時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，并通過(guò)微觀仿真軟件Vissim進(jìn)行評(píng)價(jià)，與原配時(shí)方案進(jìn)行比較，結(jié)果表明優(yōu)化配時(shí)方案能夠有效提高該交叉口的服務(wù)水平，提高通行率，并為后續(xù)信號(hào)配時(shí)方案調(diào)整提供參考。

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