基于VISSIM的交叉口調頭點設置仿真研究

梁鳴璋，孫鳳英

(東北林業大學 交通學院，哈爾濱 150040)

隨著城市機動車數量迅猛增加、路網中交通流的日益復雜，調頭交通愈發成為城市道路轉向交通中的重要部分。而調頭交通一般采用路段開口和交叉口調頭處理模式。以VISSIM仿真實驗為基礎，分析交叉口交通流量與調頭點方式設置的關系，得到以交叉口延誤、排隊長度為指標的交叉口調頭點設置模型，可以找出交叉口在不同的交通流量下調頭點的合理設置方式，從而降低掉頭交通對所在交通流的負面影響，以提高道路的通行效率[1]。

1 交叉口調頭設置方式

根據調頭交通的運行特征，交叉口進口道調頭點的設置方式[2]主要有如下四種。

方式一：交叉口內部調頭。掉頭車輛與左轉彎車輛排隊路徑吻合，等待同一信號控制，信號放行后掉頭車流與左轉車流分離，掉頭路徑經由交叉口內部兩次穿越人行橫道，轉彎半徑的選擇性較大，但會增加交叉口內部的分流點與沖突點。如圖1所示。

圖1 方式一

方式二：在進口道停車線處調頭。掉頭車輛與左轉車輛排隊路徑基本吻合，通常等待同一信號控制，也可在對向車流的間隙靈活組織。掉頭路徑經由停車線處，在減少了交叉口內部沖突的同時，避免了人車沖突。如圖2所示。

圖2 方式二

方式三：進口道停車線前展寬段內一定距離處(30 m)調頭。掉頭路徑駛入展寬段后一定距離即與左轉路徑分離實現掉頭交通，一般不受信號控制。車輛在展寬段內實現掉頭，掉頭路徑所引發的分流點與沖突點會施加到漸變段與掉頭口之間的雙向車道上。如圖3所示。

圖3 方式三

方式四：進口道漸變段處調頭。掉頭路徑與左轉路徑可在漸變段掉頭點處提前分離，掉頭車輛通常不受信號控制。分流點與沖突點主要分布于漸變段內。如圖4所示。

圖4 方式四

2 交叉口調頭設置方式特征分析

方式一，與其他方式相比，方式一的掉頭路徑與左轉路徑的重合度最高，繞行距離最長。在接受同一信號管制的情況下，隨著本向進口交通量的增加，掉頭車輛與左轉車輛的疊加排隊會導致其延誤同時增加。但由于接受同一信號控制，兩者只存在排隊疊加和停車線后的分流，并不存在沖突點。所以隨著交通量的增加，其延誤值的增長相對平穩，不會出現劇烈波動。沖突方面，兩相位時掉頭車輛沖突于對向直行車輛；四相位時沖突于順時針右轉車輛[3]。

方式二，停車線以后的掉頭路徑與左轉路徑基本吻合，繞行距離接近于方式一。隨著進口道交通量的增加，平均延誤會平穩增長，類似于方式一。在此種方式下，由于掉頭口距離停車線很近，左轉車輛的排隊會很快導致后續掉頭車輛停車等待。所以除了左轉車流量足夠小以外，在此種方式下掉頭交通脫離信號控制的意義不大。沖突方面，兩相位時掉頭車輛沖突于對向直行車輛；四相位時沖突于順時針右轉車輛。與方式一不同的是，方式二的沖突點已從交叉口內部轉移出去，降低了交叉口內部的沖突點密度。但其掉頭轉彎半徑受限，如遇大車掉頭會降低通行效率[4]。

方式三，此種方式下繞行距離較小，若交叉口車流量較小，則掉頭路徑可靈活選擇安全的車流空隙行進，以減少其平均延誤。若交叉口車流量較大，由于掉頭車輛與左轉車輛不受同一信號控制，其中任意一交通流停滯都會產生打結現象，極大的增加延誤、降低通行效率。延誤會隨交通量的增加產生較大波動。沖突方面，與左轉車輛存在分流，沖突于對向直行車輛[5-7]。

方式四，掉頭路徑與左轉路徑做到提前分離，掉頭車輛繞行距離最近。掉頭車輛與直左車輛存在交織與分流，在不受信號控制的情況下，掉頭車輛的停滯會對后續跟進的直左車輛產生較大影響。類似于方式三，隨交通量增大，平均延誤會產生較大波動。

基于以上分析，對此交叉口進行微觀仿真，在不同時段下調整交叉口交通量，以觀察各掉頭點設置方式于不同流量下的仿真結果，從而檢驗以上分析。

3 基于VISSIM的交通仿真與評價

(1)仿真對象。該交叉口為平面四路交叉口，為主次干路相交，主干路規劃道路紅線寬度為60 m，四塊板，雙向六車道，次干路規劃道路紅線寬度為42 m，現狀為三塊板，雙向四車道。各進口道都經過展寬渠化。具體幾何條件見表1。仿真3D幾何模型如圖5所示。

表1 交叉口現狀幾何條件

圖5 VISSIM仿真3D幾何模型

(2)仿真時間。當仿真開始時，路網內的車輛是逐漸從路網端點產生的，車輛到達路口需要一定時間。此時仿真的情況與實際偏差較大，需要將仿真初始階段采集的交通數據剔除，這段時間長度稱為仿真暖機時間[8]。由于本文所選取的路網規模較小，所以設定仿真暖機時間長度為600 s，以便使車輛在路段和交叉口處分布均勻。數據采集時間從600 s起，止于27 000 s，數據采集時間間隔為300 s。

(3)流量輸入。為了分析不同流量下，不同調頭設置方式的交通特征特性，仿真過程中流量輸入由低到高分多個時段輸入，各進口道流量輸入相同。每個時段仿真1 800 s。流量輸入情況見表2。

(4)信號配時。由于此次仿真是在不同時段輸入不同的交通流量，為了使仿真結果具有客觀性與有效性，利用synchro對不同時段，不同流量下的信號配時進行最優化設計，以消除信號配時對仿真結果的影響。

(5)仿真指標的確定。利用交叉口的各種數據，通過VISSIM對交叉口的狀況進行計算機仿真，并選取西進口平均延誤和排隊長度作為評價指標。

表2 流量輸入

進口排隊延誤。延誤是指由于道路和環境條件、交通干擾以及交通管理與控制等駕駛員無法控制的因素所引起的行程時間損失，以s/輛計算。排隊長度。車輛排隊等待通過交叉口時的隊伍長度，以輛計算。

(6)仿真數據的計算與分析。在Webster延誤模型的基礎上，采用百分比延誤計算法計算平均延誤，此方法在計算固定信號配時與不飽和信號配時的情況下占有優勢[9-10]。具體計算方法如下：

(1)

式中：EDq為q時段的每周期車輛延誤s；vq為q時段的車流量輛/h；s為飽和流率輛/h；C為信號周期時長s；G為綠燈時間s。

車流量的百分比調整：

(2)

式中：zq按10%、30%、50%、70%、90%的百分比分別取值為：-1.32、-0.56、0、0.56、1.32。

每車延誤的計算：

(3)

通過對車流量的百分比調整及每車延誤的計算可得到平均百分比延誤，平均百分比延誤的計算方法：

(4)

排隊長度的計算公式：

(5)

式中：Q為排隊長度m；R為紅燈時間s；S為飽和流量輛/h；V為實際流量輛/h；L為車頭間距m；n為車道數；FU為車道利用系數。

通過對仿真數據的采集與計算，可得到關于停車延誤與排隊長度為評價指標的仿真結果，仿真結果見表3和表4。

表3 各調頭方式平均延誤仿真結果

表4 各調頭方式排隊長度仿真結果

通過上面的仿真數據可以看出，四種調頭方式各有利弊，四種調頭方式的適用情況各有不同。當調頭交通量≤130(輛/h)時，四種調頭方式的延誤與排隊長度相差不多，均處于比較良好的狀態；當170(輛/h)>調頭交通量>130(輛/h)，調頭方式三與方式四的延誤與排隊長度相對較小，更適合在此交通流量下設置其調頭方式；當調頭交通量>170(輛/h)時，調頭方式一與方式二的延誤與排隊長度相對方式三與方式四較小，更適合在此交通流量下設置其調頭方式。基于以上分析，可以看到調頭方式的選擇與轉向流量和調頭交通量有關，因此，在交叉口的設計與優化前，有必要對交叉口的轉向流量和調頭流量進行交通預測，以便更好的來設計交叉口調頭點。

4 結束語

作為城市路網中的節點，交叉口不可避免的成為城市擁堵的始作俑者，對其設計的微小改變都會對分布于路網中的車流產生一定影響。掉頭交通量雖然在整個交叉口流量中所占比率較低，但基于以上仿真與分析可以看出，交叉口在不同流量下采用不同方式的掉頭點設置，對整個進口道車流的延誤與排隊長度有不同影響。在以上典型應用環境中，選擇合理的掉頭點設置方式，可有效的減少停車延誤達10s以上。因此，在交叉口設計與優化前，有必要單獨對掉頭交通進行仿真與分析，以便合理的選擇最具效率的掉頭點設置方式。

【參 考 文 獻】

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[5]劉書鵬，馬 駿.路段掉頭交通流組織方式研究[J].交通運輸系統工程與信息，2007，7(2)：124-128.

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