VISSIM在城市交叉口綠波帶方案優化中的應用——以白石路深大段為例

鄒 亮，龐鈺駒，潘 洲，潘 冬

（深圳大學土木工程學院，廣東深圳 518060）

VISSIM在城市交叉口綠波帶方案優化中的應用
——以白石路深大段為例

鄒 亮，龐鈺駒，潘 洲，潘 冬

（深圳大學土木工程學院，廣東深圳 518060）

白石路深大段平峰時段車流穩定，粵海門村交叉口與桂廟村口交叉口之間的距離適中，兩個十字路口的距離為1.4 km，且信號配時方案相似，適合綠波帶研究。本文首先通過人工計算法對該路段的兩個交叉口的車流量進行數據采集和信號配時相位、配時時間的確定，然后對采集數據的分析進行了3種綠波帶配時方案的優化，并用VISSIM建立該路段的仿真模型，檢驗修正仿真模型后，實現VISSIM的微觀仿真評價。仿真結果表明:3種優化方案中，雙向通行合計的延誤時間、停車時間和停車次數比原配時方案分別下降了36.5%、36.8%和40.6%，有效提高通行率和服務水平。

綠波帶;信號配時;微觀交通仿真

0 引言

隨著城市化進程的推進，城市的規模擴大，路網復雜，私家車數量與日俱增，城市交通狀況也變得極為復雜。目前大部分的科研工作者和工程技術人員只重視交叉口信號控制而造成的車輛擁堵、延誤的研究［1-2］。然而因交叉口信號控制造成的車輛擁堵一般發生在早晚高峰兩個時段，平峰時段一般不會出現車輛擁堵現象。相對早晚高峰時段，平峰時段更注重路段中的交叉口之間相互協調以達到提高路段的通行率，減少車輛的延誤時間。實現路段中交叉口之間的相互協調需要“綠波帶”［3-9］。“綠波帶”是指在一個區域或一條道路上實行統一的信號燈控制，將納入控制范圍的信號燈全部連接起來，通過計算機加以協調控制，使車流在干道上行駛過程中，連續得到一個接一個的綠燈信號，暢通無阻地通過沿途所有交叉路口［10］。對深圳大學周邊交叉路口進行觀察，發現在粵海門村交叉口和桂廟村口交叉口之間的白石路段車流、行車速度穩定，距離適中為1.4 km，路段交通秩序較好，兩交叉口信號配時相位、周期相似，主干道連接深圳灣口岸和市區，對行程時間有較高的要求，具備了設置綠波帶的條件。針對以上路段特點和交通需求，本文擬對粵海門村和桂廟村口交叉口現有信號配時方案進行綠波帶優化，通過VISSIM交通仿真軟件［11-13］對綠波帶優化配時方案進行仿真模擬，并與現有配時方案就交叉口交通運行參數進行對比，從而驗證優化配時方案的有效性。為該路段減少延誤、降低運行時間，提高交叉口的通行能力、更好地利用有限的道路資源提供改良方案。

1 交通數據調查分析

1.1 交叉口幾何特性和交通量

粵海門村交叉口東西方向為雙向六車道，連接桂廟村口交叉口的主干道，南北方向為雙向四車道;桂廟村口的十字交叉路口的東西方向是雙向四車道，南北方向為雙向六車道，連接桂廟村口交叉口的主干道。

依據兩個交叉口交通流特性，采用人工技術法［14］對兩個交叉口平峰時段的交通量進行調查。具體調查結果如表1所示。

表1 道路條件及平峰時段流量統計表

1.2 原有配時方案

粵海門村交叉口采用四相位信號定時控制，信號周期為101 s;桂廟村口十字交叉口采用四相位信號定時控制，信號周期為97 s。具體相位及綠燈、黃燈時間如圖1、2所示。

圖1 粵海門村交叉口原配時方案圖

圖2 桂廟村口十字交叉口原配時方案圖

2 模型的構建與檢驗修正

2.1 仿真模型的構建

利用VISSM仿真軟件，對交通流進行仿真所需要的條件包括道路條件、交通條件和信號配時方案，其中道路條件包括車道數、車道寬度、車道長度等;交通條件包括交通組成、交通量、車輛基本性能等;信號配時方案包括相位、綠燈時間等。

(1)車道數、車到寬度依據實際情況，如表1所示。

(2)交通量以及實際調查的交通流數據，如表1所示。

(3)相位、綠燈時間依據實際情況，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粵海門村交叉口具體情況設置，如表2所示。

表2 車輛特性參數設置表

依據粵海門村和桂廟村口交叉口的衛星地圖平面布局，在VISSIM仿真軟件中建立仿真模型。依據表2中的車輛特性，并分別將表1、圖1、圖2中的交通流量數據與信號配時方案輸入模型中，最后得到這兩個交叉口交通仿真模型，如圖3所示。

2.2 模型的檢驗修正

為了檢驗VISSIM仿真的結果是否與實際交叉口車輛通行的結果接近或一致，文中選取延誤時間作為檢驗的評價參數，采集實際路口的延誤參數使用行程時間法。首先，在延誤參數采集的設定路段隨機對平峰時段的30輛車通過該路段的行程時間進行記錄，求出車輛通過該路段的平均行程時間，用平均行程時間減去該路段通過的期望行程時間，最后求得車輛通過該段路程的平均延誤時間為21.1 s;然后，在VISSIM仿真路網中相同的路段設置延誤檢測數據采集點，采集得在VISSIM仿真路網該路段的平均延誤時間為20.6 s;最后計算實際路況和VISSIM仿真的兩延誤數據相對誤差約為2.4%。檢驗結果為該實際路況和VISSIM仿真具有較高的吻合度，所以可以利用VISSIM仿真該路網的綠波帶［15］。

圖3 交叉口交通仿真模型圖

3 綠波帶配時方案優化方案及仿真評價

3.1 綠波帶配時的優化方案

由圖1、2得到粵海門村交叉口與桂廟村口交叉口的白石路雙向的原配時方案的綠波帶，如圖4所示。由圖4可以看出，白石正反雙向的綠波帶較窄，正向綠波的綠燈通行時間為10 s，反向綠波的綠燈通行時間為7 s，可供車輛通過該路段的綠燈時間較短。所以需要對這兩個交叉口的原配時方案進行綠波帶配時方案的優化，以提高綠波帶綠燈的時間，從而減少車輛通過該路段的行程時間。

圖4 原配時方案的綠波帶圖

針對原配時方案的正反綠波的綠燈時間短，本文分別對單方向正向、單方向反向、正反雙向進行了綠波帶的配時優化。

(1)優化方案1。通過調整桂廟村口交叉口的配時方案，使得由粵海門村交叉口到桂廟村口交叉口的單方向正向綠波帶的綠燈時間由原來的10 s提高到現在的22 s，如圖5所示。

(2)優化方案2。通過調整粵海門村交叉口的配時方案，使得由桂廟村口交叉口到粵海門村交叉口的單方向反向綠波帶的綠燈時間由原來的7 s提高到現在的22 s，如圖6所示。

圖5 優化后的單方向正向綠波圖

圖6 優化后的單方向反向綠波圖

(3)優化方案3。根據綠波帶的雙向實現原理，將粵海門村與桂廟村口兩交叉口周期時間調整為101 s，確定交叉口基準時間、配時方案一致，得到兩交叉口的雙向綠波帶信號配時方案，如圖7、8所示。

由粵海門村與桂廟村口兩交叉口的綠波帶配時方案得到優化后的正反雙向綠波，如圖9所示。通過正反雙向的綠波優化配時方案，使從粵海門村交叉口到桂廟村口交叉口的雙向正向綠波帶的綠燈通行時間由原來的10 s提高到現在的26 s;從桂廟村口交叉口的雙向反向綠波帶的綠燈通行時間由原來的7 s提高到現在的23 s。

圖7 粵海門村交叉口綠波帶配時方案

圖8 桂廟村口交叉口綠波帶配時方案

圖9 優化后的正反雙向綠波圖

3.2 仿真結果分析

對兩個交叉口設置綠波信號配時的三種方案前后的交通狀況分別進行模擬仿真，得出該路段的各種交通評價指標，經整理得出該路段的仿真結果，見表4。仿真結果表明:單方向正向綠波帶優化配時使得該路段正向通行車輛的延誤時間、停車時間和停車次數分別下降了33.7%、32.7%和41.4%，但雙向通行合計的延誤時間、停車時間和停車次數均遠大于原配時方案;單方向反向綠波帶優化配時使得該路段反向通行車輛的延誤時間、停車時間和停車次數分別下降了50.6%、52.0%和49.1%，雙向通行的合計延誤時間、停車時間和停車次數與原配時方案的比較優勢不明顯;雙向綠波帶配時優化方案使得該路段正反向通行車輛的延誤時間分別下降了38.5%、34.3%，正反向通行車輛的停車時間分別下降了39.0%、34.4%，正反向通行車輛的停車次數分別下降了41.5、39.7%，雙向通行合計的延誤時間、停車時間和停車次數比原配時方案分別下降了36.5%、36.8%和40.6%，說明雙向綠波帶配時方案能夠有效提高該路段的服務水平，提高通行率。

表4 原配時方案與綠波帶優化方案的VISSIM評價對比

4 結語

運用行程時間法、綠波帶等對粵海門村十字交叉口和桂廟村口交叉口的信號燈配時進行綠波控制改進，并通過微觀仿真軟件VISSIM進行評價，與原配時方案進行比較。結果表明，優化配時方案能夠有效提高該路段的服務水平，提高通行率，并為后續信號配時方案調整提供參考。

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Optimization of Green Wave Signal Timing for Urban Intersection Based on VISSIM——A Case Study of Shenzhen University Section of Baishi-Road

ZOU Liang， PANG Yu-ju， PAN Zhou， PAN Dong
(College of Civil Engineering，Shenzhen University，Shenzhen 518060，China)

Nearby Shenzhen Univeristy，Baishi Road holds a large segment where traffic is steady at peak hours.The distance between the intersection of“Yue Hai Men Cun”and“Gui Miao Cun Kou”is 1.4km，and the signal timing plans at the two intersections are similar so that its traffic signal control can be researched by using the Green Wave.The paper，uses manual calculation method to collect data acquisition and do signal timing phase of the two the intersections，then analyzes the data and implements three kinds of optimized timing plans of the Green Wave.The simulation model is established by VISSIM.Simulation results show that by using the three kinds of optimization，the total of two-way traffic delays，parking time and number of stops decrease 36.5%，36.8%and 40.6%，respectively，it effectively improve the prevailing rates and service levels.

Green Wave;timing signal plan;micro-simulation for traffic

U 121

A

1006－7167(2014)08－0075－04

2013－12－23

2013年廣東省高等教育教學改革重點項目(328);2013年度深圳大學實驗室開放基金項目(430)

鄒 亮(1979－)，男，廣西桂林人，副教授，研究方向:智能交通，交通微觀仿真。

Tel.:0755-86670305，13554883640;E-mail:muscle1979@126.com