基于微觀仿真的世紀(jì)路與華光路 交叉口服務(wù)水平研究及優(yōu)化

重慶交通大學(xué)

摘要：以世紀(jì)路與華光路交叉口為例，調(diào)研平面信號(hào)交叉口信號(hào)配時(shí)、交通量及延誤、通行能力等情況，并運(yùn)用VISSIM軟件進(jìn)行交通流微觀仿真分析，得到交叉口服務(wù)水平及交通擁堵問題所在，并提出相關(guān)優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：信號(hào)配時(shí)；通行能力；服務(wù)水平；VISSIM仿真

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市交通量迅速增長，交通出現(xiàn)了日趨緊張的局面，引發(fā)了一系列如延誤增加、行車時(shí)間長等交通問題，整個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到制約，緩解交通擁堵問題已迫在眉睫。而對(duì)于城市道路而言，交叉口是城市交通的關(guān)鍵，大量事實(shí)也證明交叉口的擁擠現(xiàn)象最嚴(yán)重，解決交叉口的問題迫在眉睫。

1.世紀(jì)路與華光路交叉口研究

世紀(jì)路與華光路的交叉口，西鄰義務(wù)小商品城，東接大潤發(fā)，南接區(qū)政府，北接世紀(jì)花園，地理區(qū)位、交通作用、社會(huì)影響舉足輕重。隨著淄博市機(jī)動(dòng)車的迅速增長，道路交通狀況不良，交通基礎(chǔ)設(shè)施滯后，交通擁堵交通事故問題明顯。而單純依靠修建道路或者擴(kuò)充現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施來解決交通問題，不僅成本昂貴、環(huán)境污染嚴(yán)重，對(duì)交通問題的緩解效果也十分有限。因此，本文主要從交通管控入手，充分利用現(xiàn)有交通資源，挖掘現(xiàn)有交通設(shè)施潛力，提高交通資源使用效率和交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率。

1.1交叉口具體概況

世紀(jì)路與華光路交叉口采用定時(shí)信號(hào)控制方式，組織形式為十字交叉，且交叉口已經(jīng)渠化，有分離島和行人過街安全島。其具體幾何線形如下圖所示：

圖1 世紀(jì)路與華光路交叉口幾何線形CAD圖

表1 世紀(jì)路與華光路交叉口道路幾何線形調(diào)查表

單位進(jìn)出口方向

東西南北

進(jìn)口道出口道進(jìn)口道出口道進(jìn)口道出口道進(jìn)口道出口道

路幅寬度m22.522.522.522.522.522.520.517.9

車道數(shù)條54545454

車道寬m3.53.53.53.533.533.2

中央分隔帶寬度m000.450.450000

機(jī)非分隔寬度m00000000

非機(jī)動(dòng)車寬度m3.53.53.53.53.43.433

人行道寬m44443333

1.2交叉口信號(hào)配時(shí)情況

世紀(jì)路與華光路交叉口信號(hào)配時(shí)情況如下表所示：

表2 交叉口信號(hào)配時(shí)表

信號(hào)配時(shí)及相位

南北左轉(zhuǎn)南北直行東西左轉(zhuǎn)東西直行

圖解

配時(shí)綠燈時(shí)間28s

黃燈時(shí)間3s

紅燈時(shí)間118s

P周期T=149s黃燈時(shí)間3s

紅燈時(shí)間97s

綠燈時(shí)間49s

P周期T=149s綠燈時(shí)間32s

黃燈時(shí)間3s

紅燈時(shí)間114s

P周期T=149s黃燈時(shí)間3s

紅燈時(shí)間118s

綠燈時(shí)間28s

P周期T=149s

1.3交叉口交通量及延誤調(diào)查

采用人工法調(diào)查世紀(jì)路與光華路交叉口交通量及延誤情況，其中，交通量調(diào)查包括各進(jìn)口道12h內(nèi)交通量分布和進(jìn)口道車型分布；交叉口延誤包括總延誤及平均延誤分布。

（1）交叉口交通量分布情況：

世紀(jì)路與光華路交叉口交通量12h內(nèi)各進(jìn)口的交通量分布情況，如下圖所示：

圖2 世紀(jì)路與華光路交叉口進(jìn)口交通量時(shí)段分布

由此可知，世紀(jì)路與華光路交叉口流量早中晚高峰分別為：早上7：00-9：00；中午11：00-13：00；下午16：00-18：00。其中，南北進(jìn)口的交通量比東西進(jìn)口大。

圖3 世紀(jì)路與光華路交叉口進(jìn)口道車型分布

由此可知，世紀(jì)路與光華路交叉口主要以客車流為主，貨車相對(duì)較少。其中，南北交通量壓力較大，北進(jìn)口高峰小時(shí)雙向交通量達(dá)2300pcu，但未超過世紀(jì)路設(shè)計(jì)通行能力。

（2）交叉口延誤分布情況：

交叉口延誤是由于交通干擾以及交通管理和控制設(shè)施等因素引起的運(yùn)行時(shí)間損失，以秒或分鐘計(jì)，具體方法如式（1-1）所示。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，采用該法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，得到世紀(jì)路與華光路交叉口延誤狀況，如下圖所示：

總延誤=總停駛車輛數(shù) * 抽樣時(shí)間間隔，（輛·秒）

單個(gè)停駛車輛平均停車延誤 = 總延誤 / 停駛車輛數(shù)，（秒）

單個(gè)入口車輛平均停車延誤 = 總延誤 / 入口交通量，（秒） 式（1-1）

圖4 交叉口總延誤平均延誤分布情況

圖5 交叉口平均延誤平均延誤分布情況

交叉口的停駛車總延誤及平均延誤長，停駛車輛大，交叉口擁堵。其中，東進(jìn)口最為擁堵，故要改善該交叉口的交通狀況，首先應(yīng)考慮優(yōu)化東進(jìn)口交通控制，減少東進(jìn)口停車，緩解擁堵現(xiàn)象。

1.4交叉口通行能力分析

十字形交叉口的設(shè)計(jì)通行能力等于各進(jìn)口道設(shè)計(jì)通行能力之和，而進(jìn)口道設(shè)計(jì)通行能力等于各車道設(shè)計(jì)通行能力之和，各車道通行能力計(jì)算公式如下：

（1）一條直行車道的設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式：

式中 ——一條直行車道的設(shè)計(jì)通行能力（pcu/h）

T—— 信號(hào)燈周期（s）

——信號(hào)每周期內(nèi)的綠燈時(shí)間（s）

——綠燈亮后，第一輛車啟動(dòng)、通過停車線的時(shí)間（s），可取2.3（s）

——直行或右行車輛通過停車線的平均時(shí)間（s）

——折減系數(shù)，可取0.9

車輛平均通過停車線的時(shí)間與車輛組成、車輛性能、駕駛員條件有關(guān)。根據(jù)調(diào)查，不同車型所組成的直行車隊(duì)值分別為：小型車，=2.5s；大型車，=3.5s；拖掛車，=7.5s。

（2）直右車道通行能力計(jì)算公式

=

式中 ——一條直右車道的設(shè)計(jì)通行能力（pcu/h）

（3）直左車道設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式

式中 ——一條直左車道的設(shè)計(jì)通行能力（pcu/h）

——直左車道中左轉(zhuǎn)車所占比例

（4）直左右車道設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算公式

=

式中 ——一條直左右車道的設(shè)計(jì)通行能力（pcu/h）

基于交叉口調(diào)研數(shù)據(jù)及車道通行能力計(jì)算公式，得到世紀(jì)路與華光路交叉口設(shè)計(jì)通行能力，如下表3所示。

表3 世紀(jì)路與華光路交叉口設(shè)計(jì)通行能力

進(jìn)口道車道數(shù)T 車道組通行能力pcu/h）是否達(dá)到臨界值

東4149282.32.50.9830是

西4149282.32.50.9859否

南5149492.32.50.92135否

北5149492.32.50.91970否

2.世紀(jì)路與華光路交叉口微觀仿真

2.1微觀模擬平臺(tái)構(gòu)建

VISSIM為德國PTV公司開發(fā)的微觀交通流仿真軟件系統(tǒng)，用于交通系統(tǒng)的各種運(yùn)行分析，是分析許多交通問題的有效工具。本文基于世紀(jì)路與華光路交叉口具體調(diào)研數(shù)據(jù)，利用VISSIM軟件對(duì)其進(jìn)行微觀仿真分析。其具體模擬平臺(tái)構(gòu)建步驟如下：

（1）選取世紀(jì)路與華光路交叉口地圖作為底圖；

（2）基于底圖，按照道路的實(shí)際屬性，生成交叉口各進(jìn)口的各條道路，再生產(chǎn)交叉口各個(gè)路段的鏈接，將創(chuàng)建的路段連接起來，使車輛能夠按其既定的運(yùn)行方向通過交叉口，從一個(gè)路段運(yùn)行到另一個(gè)路段，得到交叉口運(yùn)行模擬圖；

（3）根據(jù)對(duì)實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)，設(shè)置不同進(jìn)口道的交通組成；

（4）確定車輛的路徑選擇，及確定在交叉口各進(jìn)口去向不同的車輛；

（5）設(shè)置信號(hào)相位，根據(jù)交叉口的現(xiàn)狀，輸入信號(hào)配飾參數(shù)；

（6）設(shè)置數(shù)據(jù)采集參數(shù)，本次仿真需要的數(shù)據(jù)包括機(jī)動(dòng)車流量、延誤和排隊(duì)長隊(duì)，設(shè)置方針時(shí)間1000s，每100s統(tǒng)計(jì)一次數(shù)據(jù)；

（7）設(shè)置方針參數(shù)，仿真時(shí)間1000s，仿真速率0.01；

2.2交叉口微觀仿真現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

根據(jù)交通車流量數(shù)據(jù)和交通信號(hào)相位控制策略，對(duì)世紀(jì)路與華光路交叉口進(jìn)行交叉口的車流量現(xiàn)狀仿真，得其仿真圖，如圖2所示。

圖2 世紀(jì)路與華光路交叉口三維仿真圖

在仿真評(píng)價(jià)結(jié)果中，選擇行程時(shí)間和排隊(duì)長度進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到交叉口服務(wù)水平，如下表示：

表4 交叉口現(xiàn)狀仿真結(jié)果

西進(jìn)口東進(jìn)口南進(jìn)口北進(jìn)口

左轉(zhuǎn)直行左轉(zhuǎn)直行左轉(zhuǎn)直行左轉(zhuǎn)直行

行程時(shí)間（s）52.545.57170.578.949.498.961.8

排隊(duì)長度（m）49.89.316.834.124.35455

延誤（s）30.427.239.847.753.828.772.740.3

表5 交叉口服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)

服務(wù)水平等級(jí)ABCDEF

平均停車延誤≤5.05.1-15.015.1-25.025.1-40.040.1-60.0>60.0

從上表可知，南北進(jìn)口延誤最大，達(dá)到E級(jí)。其中，北進(jìn)口左轉(zhuǎn)延誤達(dá)到86.5s，服務(wù)水平F級(jí)；北進(jìn)口直行服務(wù)水平E級(jí)。

3.世紀(jì)路與華光路交叉口優(yōu)化建議

（1）實(shí)行錯(cuò)時(shí)上下班

世紀(jì)路與華光路交叉口擁堵集中在交通高峰期，錯(cuò)時(shí)上下班能夠把交通量均分到不同的時(shí)間段內(nèi)，削減高峰期間的交通量。

（2）加強(qiáng)道路交通管理

加強(qiáng)道路交通管理，禁止車輛隨意占用車道停車，加大對(duì)機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車違法的執(zhí)法力度，并及時(shí)向公眾提供交通信息，通過各種手段營造秩序井然、暢通的交通環(huán)境。